線程的同步與互斥，死鎖

線程的同步與互斥

    多個線程同時訪問共享數據時可能會發生沖突，比如兩個線程同時把一個全局變量加1，結果可能不是我們所期待的：

我們看這段代碼的執行結果：

   #include <stdio.h>

   #include <stdlib.h>

   #include <pthread.h>

   static int g_count=0;

  void *thread(void *arg)

  {

      int index=0;                                                                                

      int tmp=0;

      while(index++<5000)

      {

          tmp=g_count;

          printf("this is thread %d,count is :%d\n",(int)arg,tmp);

          g_count=tmp+1;

      }

  }

  int main()

  {

      pthread_t tid1,tid2;

      pthread_create(&tid1,NULL,thread,(void*)1);

      pthread_create(&tid2,NULL,thread,(void*)2);

      pthread_join(tid1,NULL);

      pthread_join(tid2,NULL);

      printf("the final value is %d\n",g_count);

      return 0;

  }

我們看它的執行結果：

我們創建了兩個線程，各自把全局變量g_count加了5000次，結果理論上應該是10000，但其實不然，每次運行的結果都不一樣，證明訪問沖突了。為了解決這個問題，我們需引入互斥鎖。獲得鎖的線程可以完成“讀--修改--寫”的操作，然后釋放鎖給其他線程，沒有獲得鎖的線程只能等待，而不能訪問共享數據，這樣“讀--修改--寫”散步操作就成了原子操作，要么都執行，要么都不執行，不會執行到中間而被打斷，這樣就如我們所期待的了。

pthread_mutex_init函數對mutex做初始化，它可以被pthread_mutex_destroy銷毀。如果mutex變量是靜態分配的，也可以用宏定義PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER來初始化，相當于pthread_mutex_init初始化并且attr參數為NULL。

加鎖和解鎖所需函數：

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)

                  成功返回0，失敗返回錯誤號。

一個線程可以調用int pthread_mutex_lock獲得mutex，如果這時候另一個線程已經調用int pthread_mutex_lock獲得了該mutex，則當前線程需要掛起等待，直到另一個線程調用pthread_mutex_unlock釋放mutex，當前線程被喚醒，才能獲得該mutex并繼續執行。

如果一個線程既想獲得鎖，又不想掛起等待，可以調用 pthread_mutex_trylock，如果mutex已經被另一個線程獲得，則這個函數會返回EBUSY，而不會使線程掛起等待。

知道這些的話，我們重新修改以上代碼：

 #include <stdio.h>

 #include <stdlib.h>

 #include <pthread.h>

 static int g_count=0;

pthread_mutex_t mutex_lock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

  void *thread(void *arg)

  {

      int index=0;                                                                                

      int tmp=0;

      while(index++<5000)

      {

              pthread_mutex_lock(&mutex_lock);

          tmp=g_count;

          printf("this is thread %d,count is :%d\n",(int)arg,tmp);

          g_count=tmp+1;

          pthread_mutex_unlock(&mutex_lock);

      }

  }

  int main()

  {

      pthread_t tid1,tid2;

      pthread_create(&tid1,NULL,thread,(void*)1);

      pthread_create(&tid2,NULL,thread,(void*)2);

      pthread_join(tid1,NULL);

      pthread_join(tid2,NULL);

      printf("the final value is %d\n",g_count);

      return 0;

  }

運行結果如下：

我們可以看到，經過我們加鎖后，最后value的值是我們所期待的10000，加鎖成功，成功實現了兩個線程的互斥運行。

死鎖產生的原因及四個必要條件

所謂死鎖，是指多個進程在運行過程中因爭奪資源而造成的一種僵局，當進程處于這種僵持狀態時，若無外力作用，他們都將無法再向前推進。

產生死鎖的主要原因有：

1.系統資源不足；

2.進程運行推進的順序不合適；

3.資源分配不當等；

如果系統資源充足，進程的資源請求都能夠得到滿足，死鎖出現的可能性就降低，否則，就會因爭奪有限的資源而陷入死鎖。其次，進程運行推進順序與速度不同，也可能產生死鎖。

產生死鎖的四個必要條件：

1.互斥條件：一個資源每次只能被一個進程使用；

2.請求與保持條件：一個進程因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放；

3.不剝奪條件：進程已獲得的資源，在使用完之前，不能強行剝奪；

4.循環等待條件：若干進程之間形成一種頭尾相接的循環等待資源關系；

以上是產生死鎖的四個必要條件，只要系統發生死鎖，這些條件必然成立，而只要上述條件之一不滿足，就不會發生死鎖。

處理死鎖的基本方法：

1.預防死鎖：

     該方法是通過設置某些限制條件，去破壞產生死鎖四個必要條件中的一個或幾個條件，來預防發生死鎖。

2.避免死鎖

      不需事先采取各種限制措施去破壞產生死鎖的四個必要條件，而是在資源的動態分配過程中，用某種方法去防止系統進入不安全狀態，從而避免發生死鎖。

3.檢測死鎖

      這種方法不需事先采取任何限制措施，也不必檢查系統是否已經進入不安全區，而是允許系統在運行過程中發生死鎖。但可以通過系統所設置的檢測機構，及時的檢測死鎖的發生，并精確的確定與死鎖有關的進程資源，然后采取適當措施，從系統中將已發生的死鎖清除掉。

4.解除死鎖

      這是與檢測死鎖相配套的一種措施。當檢測到發生死鎖時，需將進程從死鎖狀態中解脫出來。常用的實施方法是撤消或掛起一些進程，以便回收一些資源，再將這些資源分配給已處于阻塞狀態的進程，使之轉為就緒狀態，一邊繼續運行。

死鎖的解除與預防：

理解了死鎖的原因，尤其是產生死鎖的四個必要條件，就可以最大程度的避免，預防和解除死鎖。所以在系統設計，進程調度等方面注意如何不讓這四個必要條件成立，如何確定資源的合理分配算法，避免進程永久占用系統資源。此外，也要防止進程在處于等待狀態的情況下占用資源。因此，對資源的分配要給與合理的規劃。