wordpress发布网站,从网络全角度考量_写出建设一个大型电影网站规划方案,网站怎么做用户体验,做免费网站教程参考引用 UNIX 环境高级编程 (第3版)黑马程序员-Linux 系统编程 1. 同步概念
所谓同步#xff0c;即同时起步、协调一致。不同的对象#xff0c;对 “同步” 的理解方式略有不同 设备同步#xff0c;是指在两个设备之间规定一个共同的时间参考数据库同步#xff0c;是指让… 参考引用 UNIX 环境高级编程 (第3版)黑马程序员-Linux 系统编程 1. 同步概念
所谓同步即同时起步、协调一致。不同的对象对 “同步” 的理解方式略有不同 设备同步是指在两个设备之间规定一个共同的时间参考数据库同步是指让两个或多个数据库内容保持一致或者按需要部分保持一致文件同步是指让两个或多个文件夹里的文件保持一致 编程中、通信中所说的同步“同” 字应是指协同、协助、互相配合。主旨在协同步调按预定的先后次序运行
1.1 线程同步
线程同步是指一个线程发出某一功能调用时在没有得到结果之前该调用不返回。同时其它线程为保证数据一致性不能调用该功能 产生的现象叫做 “与时间有关的错误” (time related)。为了避免这种数据混乱线程需要同步 “同步” 的目的是为了避免数据混乱解决与时间有关的错误。实际上不仅线程间需要同步进程间、信号间等等都需要同步机制。因此所有 “多个控制流共同操作一个共享资源” 的情况都需要同步
1.2 数据混乱原因
1、资源共享 (独享资源则不会)2、调度随机 (意味着数据访问会出现竞争)3、线程间缺乏必要的同步机制 以上 3 点中前两点不能改变欲提高效率传递数据时资源必须共享。只要共享资源就一定会出现竞争只要存在竞争关系数据就很容易出现混乱。所以只能从第 3 点着手解决使多个线程在访问共享资源的时候出现互斥 2. 互斥量 mutex
Linux 中提供一把互斥锁 mutex (也称之为互斥量)。每个线程在对资源操作前都尝试先加锁成功加锁才能操作操作结束解锁。资源还是共享的线程间也还是竞争的但通过 “锁” 就将资源的访问变成互斥操作 但应注意同一时刻只能有一个线程持有该锁。当 A 线程对某个全局变量加锁访问B 在访问前尝试加锁拿不到锁则 B 阻塞。C 线程不去加锁而直接访问该全局变量依然能够访问但会出现数据混乱 所以互斥锁实质上是操作系统提供的一把 “建议锁” (又称 “协同锁”)建议程序中有多线程访问共享资源的时候使用该机制并没有强制限定因此即使有了 mutex如果有线程不按规则来访问数据依然会造成数据混乱
2.1 主要应用函数
#include pthread.h// 返回值都是: 成功返回 0失败返回错误号
// pthread_mutex_t 类型其本质是一个结构体
// pthread_mutex_t mutex; 变量 mutex 只有两种取值 1、0// 初始化一个互斥锁(互斥量) -- 初值可看作 1
// 参 1: 传出参数调用时应传 mutex
// restrict 用来限定指针变量。被该关键字限定的指针变量所指向的内存操作必须由本指针完成
// 参 2: 互斥量属性。是一个传入参数通常传 NULL选用默认属性(线程间共享)
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);// 销毁一个互斥锁
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);// 加锁。可理解为将 mutex-- (或 -1)操作后 mutex 的值为 0
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);// 解锁。可理解为将 mutex (或 1)操作后 mutex 的值为 1
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);// 尝试加锁
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);2.2 加锁与解锁
2.2.1 lock 和 unlock
lock 尝试加锁如果加锁不成功则线程阻塞阻塞到持有该互斥量的其他线程解锁为止unlock 主动解锁函数同时将阻塞在该锁上的所有线程全部唤醒至于哪个线程先被唤醒取决于优先级、调度。默认: 先阻塞、先唤醒例如T1 T2 T3 T4 使用一把 mutex 锁。T1 加锁成功其他线程均阻塞直至 T1 解锁。T1 解锁后T2 T3 T4 均被唤醒并自动再次尝试加锁。可假想 mutex 锁 init 成功初始值为 1lock 功能是将 mutex–而 unlock 则将 mutex
2.2.2 lock 和 trylock
lock 加锁失败会阻塞等待锁释放trylock 加锁失败直接返回错误号 (如EBUSY)不阻塞在访问共享资源前加锁访问结束后立即解锁。锁的 “粒度” 应越小越好
2.3 加锁步骤测试
创建锁 -- 初始化 -- 加锁 -- 访问共享数据 -- 解锁 -- 销毁锁#include stdio.h
#include stdlib.h
#include string.h
#include unistd.h
#include errno.h
#include pthread.hpthread_mutex_t mutex; // 定义一把全局互斥锁void *tfn(void *arg) {srand(time(NULL));while(1) {pthread_mutex_lock(mutex); // 加锁为 0printf(hello );sleep(rand() % 3); // 模拟长时间操作共享资源导致 cpu 易主产生与时间有关的错误printf(world\n);pthread_mutex_unlock(mutex); // 解锁为 1sleep(rand() % 3); } return NULL;
}int main(int argc, char *argv[]) {pthread_t tid;srand(time(NULL));int ret pthread_mutex_init(mutex, NULL); // 初始化互斥锁为 1if (ret ! 0) {fprintf(stderr, mutex init error: %s\n, strerror(ret));exit(1);} pthread_create(tid, NULL, tfn, NULL);while (1) {pthread_mutex_lock(mutex); // 加锁printf(HELLO );sleep(rand() % 3); printf(WORLD\n);pthread_mutex_unlock(mutex); // 解锁sleep(rand() % 3); } pthread_join(tid, NULL);pthread_mutex_destroy(mutex); // 销毁互斥锁return 0;
}$ gcc pthread_shared.c -o pthread_shared -pthread
$ ./pthread_shared
HELLO WORLD
hello world
HELLO WORLD
...3. 死锁
是使用锁不恰当导致的现象 线程试图对同一个互斥量 A 加锁两次对一个锁反复 lock线程 1 拥有 A 锁请求获得 B 锁线程 2 拥有 B 锁请求获得 A 锁两个线程各自持有一把锁请求另一把
案例
#include stdio.h
#include unistd.h
#include pthread.h#if 1
int var 1, num 5;
pthread_mutex_t m_var, m_num;void *tfn(void *arg) {int i (int)arg;if (i 1) {pthread_mutex_lock(m_var);var 22;sleep(1); //给另外一个线程加锁,创造机会.pthread_mutex_lock(m_num);num 66; pthread_mutex_unlock(m_var);pthread_mutex_unlock(m_num);printf(----thread %d finish\n, i);pthread_exit(NULL);} else if (i 2) {pthread_mutex_lock(m_num);var 33;sleep(1);pthread_mutex_lock(m_var);num 99; pthread_mutex_unlock(m_var);pthread_mutex_unlock(m_num);printf(----thread %d finish\n, i);pthread_exit(NULL);}return NULL;
}int main(void) {pthread_t tid1, tid2;int ret1, ret2;pthread_mutex_init(m_var, NULL);pthread_mutex_init(m_num, NULL);pthread_create(tid1, NULL, tfn, (void *)1);pthread_create(tid2, NULL, tfn, (void *)2);sleep(3);printf(var %d, num %d\n, var, num);ret1 pthread_mutex_destroy(m_var); //释放琐ret2 pthread_mutex_destroy(m_num);if (ret1 0 ret2 0) printf(------------destroy mutex finish\n);pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);printf(------------join thread finish\n);return 0;
}
#else int a 100;int main(void) {pthread_mutex_t mutex PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_lock(mutex);a 777;pthread_mutex_lock(mutex);pthread_mutex_unlock(mutex);printf(-----------a %d\n, a);pthread_mutex_destroy(mutex);return 0;
}#endif$ gcc deadlock.c -o deadlock -pthread
$ ./deadlock
var 33, num 5
...4. 读写锁
与互斥量类似但读写锁允许更高的并行性。其特性为写独占读共享写锁优先级高
4.1 读写锁状态
读写锁只有一把但其具备两种状态 读模式下加锁状态 (读锁)写模式下加锁状态 (写锁)
4.2 读写锁特性
读写锁是 “写模式加锁” 时 解锁前所有对该锁加锁的线程都会被阻塞读写锁是 “读模式加锁” 时 如果线程以读模式对其加锁会成功如果线程以写模式加锁会阻塞读写锁是 “读模式加锁” 时既有试图以写模式加锁的线程也有试图以读模式加锁的线程 读写锁会阻塞随后的读模式锁请求优先满足写模式锁读锁、写锁并行阻塞写锁优先级高 读写锁非常适合于对数据结构读的次数远大于写的情况 4.3 主要应用函数
#include pthread.h// 返回值 成功返回 0失败直接返回错误号// 初始化一把读写锁
// 参 2: attr 表读写锁属性通常使用默认属性传 NULL 即可
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);// 销毁一把读写锁
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);// 以读方式请求读写锁 (简称请求读锁)
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
// 非阻塞以读方式请求读写锁 (非阻塞请求读锁)
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);// 以写方式请求读写锁 (简称请求写锁)
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
// 非阻塞以写方式请求读写锁 (非阻塞请求写锁)
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);// 解锁
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);4.4 读写锁示例
3 个线程不定时 “写” 全局资源5 个线程不定时 “读” 同一全局资源
#include stdio.h
#include unistd.h
#include pthread.hint counter; // 全局资源
pthread_rwlock_t rwlock;void *th_write(void *arg) {int t;int i (int)arg;while (1) {t counter; // 保存写之前的值usleep(1000);pthread_rwlock_wrlock(rwlock);printf(write %d: %lu: counter%d counter%d\n, i, pthread_self(), t, counter);pthread_rwlock_unlock(rwlock);usleep(9000); // 给 r 锁提供机会}return NULL;
}void *th_read(void *arg) {int i (int)arg;while (1) {pthread_rwlock_rdlock(rwlock);printf(----------------------------read %d: %lu: %d\n, i, pthread_self(), counter);pthread_rwlock_unlock(rwlock);usleep(2000); // 给写锁提供机会}return NULL;
}int main(void) {int i;pthread_t tid[8];pthread_rwlock_init(rwlock, NULL);for (i 0; i 3; i)pthread_create(tid[i], NULL, th_write, (void *)i);for (i 0; i 5; i)pthread_create(tid[i3], NULL, th_read, (void *)i);for (i 0; i 8; i)pthread_join(tid[i], NULL);pthread_rwlock_destroy(rwlock); // 释放读写琐return 0;
}$ gcc rwlock.c -o rwlock -pthread
$ ./rwlock
----------------------------read 0: 140472231028480: 0
----------------------------read 3: 140472205850368: 0
----------------------------read 2: 140472214243072: 0
----------------------------read 4: 140472197457664: 0
----------------------------read 1: 140472222635776: 0
write 0: 140472256206592: counter0 counter1
write 1: 140472247813888: counter0 counter2
write 2: 140472239421184: counter0 counter3
----------------------------read 2: 140472214243072: 3
----------------------------read 3: 140472205850368: 3
...5. 条件变量
条件变量本身不是锁但它也可以造成线程阻塞通常与互斥锁配合使用给多线程提供一个会合的场所
5.1 主要应用函数
#include pthread.h// 返回值 成功返回 0失败直接返回错误号// 初始化一个条件变量
// 参 2: attr 表条件变量属性通常为默认值传 NULL 即可
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);// 销毁一个条件变量
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);// 函数作用1、2 两步为一个原子操作// 1、阻塞等待条件变量 cond (参 1) 满足// 2、释放已掌握的互斥锁 (解锁互斥量)相当于 pthread_mutex_unlock(mutex);// 3、当被唤醒pthread_cond_wait 函数返回时解除阻塞并重新申请获取互斥锁 pthread_mutex_lock(mutex);
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);// 限时等待一个条件变量
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);// 唤醒至少一个阻塞在条件变量上的线程
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);// 唤醒全部阻塞在条件变量上的线程
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);5.2 生产者消费者条件变量模型
线程同步典型的案例即为生产者消费者模型而借助条件变量来实现这一模型是比较常见的一种方法 假定有两个线程一个模拟生产者行为一个模拟消费者行为。两个线程同时操作一个共享资源 (一般称之为汇聚)生产者向其中添加产品消费者从中消费掉产品 #include stdio.h
#include stdlib.h
#include string.h
#include unistd.h
#include errno.h
#include pthread.hvoid err_thread(int ret, char *str) {if (ret ! 0) {fprintf(stderr, %s:%s\n, str, strerror(ret));pthread_exit(NULL);}
}struct msg {int num;struct msg *next;
};struct msg *head;pthread_mutex_t mutex PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 定义/初始化一个互斥量
pthread_cond_t has_data PTHREAD_COND_INITIALIZER; // 定义/初始化一个条件变量void *produser(void *arg) {while (1) {struct msg *mp malloc(sizeof(struct msg));mp-num rand() % 1000 1; // 模拟生产一个数据printf(--produce %d\n, mp-num);pthread_mutex_lock(mutex); // 加锁 互斥量mp-next head; // 写公共区域head mp;pthread_mutex_unlock(mutex); // 解锁 互斥量pthread_cond_signal(has_data); // 唤醒阻塞在条件变量 has_data上的线程.sleep(rand() % 3);}return NULL;
}void *consumer(void *arg) {while (1) {struct msg *mp;pthread_mutex_lock(mutex); // 加锁 互斥量while (head NULL) {pthread_cond_wait(has_data, mutex); // 阻塞等待条件变量, 解锁} // pthread_cond_wait 返回时, 重新加锁 mutexmp head;head mp-next;pthread_mutex_unlock(mutex); // 解锁 互斥量printf(---------consumer id: %lu :%d\n, pthread_self(), mp-num);free(mp);sleep(rand()%3);}return NULL;
}int main(int argc, char *argv[]) {int ret;pthread_t pid, cid;srand(time(NULL));ret pthread_create(pid, NULL, produser, NULL); // 生产者if (ret ! 0) err_thread(ret, pthread_create produser error);ret pthread_create(cid, NULL, consumer, NULL); // 消费者if (ret ! 0) err_thread(ret, pthread_create consuer error);ret pthread_create(cid, NULL, consumer, NULL); // 消费者if (ret ! 0) err_thread(ret, pthread_create consuer error);ret pthread_create(cid, NULL, consumer, NULL); // 消费者if (ret ! 0) err_thread(ret, pthread_create consuer error);pthread_join(pid, NULL);pthread_join(cid, NULL);return 0;
}$ gcc cond.c -o cond -pthread
$ ./cond
--produce 208
---------consumer id: 140611653785344 :208
--produce 829
---------consumer id: 140611645392640 :829
--produce 191
--produce 625
---------consumer id: 140611662178048 :625
---------consumer id: 140611653785344 :191
--produce 926
---------consumer id: 140611645392640 :926
...5.3 条件变量的优点
相较于 mutex 而言条件变量可以减少竞争 若直接使用 mutex除了生产者、消费者之间要竞争互斥量以外消费者之间也需要竞争互斥量但如果汇聚 (链表) 中没有数据消费者之间竞争互斥锁是无意义的有了条件变量机制以后只有生产者完成生产才会引起消费者之间的竞争提高了程序效率
6. 信号量 信号量相当于初始化值为 N 的互斥量 由于互斥锁的粒度比较大如果希望在多个线程间对某一对象的部分数据进行共享使用互斥锁是没有办法实现的只能将整个数据对象锁住。这样虽然达到了多线程操作共享数据时保证数据正确性的目的却无形中导致线程的并发性下降。线程从并行执行变成了串行执行与直接使用单进程无异 信号量是相对折中的一种处理方式既能保证同步数据不混乱又能提高线程并发
6.1 主要应用函数
#include semaphore.h// 返回值 成功返回 0失败返回-1同时设置 errno
// 规定信号量 sem 不能 0// 初始化一个信号量// 参 1: sem 信号量// 参 2: pshared 取 0 用于线程间; 取非 (一般为 1) 用于进程间// 参 3: value 指定信号量初值
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);// 销毁一个信号量
int sem_destroy(sem_t *sem);// 给信号量加锁 --
int sem_wait(sem_t *sem);
// 尝试对信号量加锁 -- (与 sem_wait 的区别类比 lock 和 trylock)
int sem_trywait(sem_t *sem);
// 限时尝试对信号量加锁 --
int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);// 给信号量解锁
int sem_post(sem_t *sem);信号量基本操作 6.2 生产者消费者信号量模型 /*信号量实现 生产者 消费者问题*/
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include pthread.h
#include stdio.h
#include semaphore.h#define NUM 5 int queue[NUM]; // 全局数组实现环形队列
sem_t blank_number, product_number; // 空格子信号量, 产品信号量void *producer(void *arg) {int i 0;while (1) {sem_wait(blank_number); // 生产者将空格子数--,为0则阻塞等待queue[i] rand() % 1000 1; // 生产一个产品printf(----Produce---%d\n, queue[i]); sem_post(product_number); // 将产品数i (i1) % NUM; // 借助下标实现环形sleep(rand()%1);}
}void *consumer(void *arg) {int i 0;while (1) {sem_wait(product_number); // 消费者将产品数--,为0则阻塞等待printf(-Consume---%d\n, queue[i]);queue[i] 0; // 消费一个产品 sem_post(blank_number); // 消费掉以后,将空格子数i (i1) % NUM;sleep(rand()%3);}
}int main(int argc, char *argv[]) {pthread_t pid, cid;sem_init(blank_number, 0, NUM); // 初始化空格子信号量为5, 线程间共享 -- 0sem_init(product_number, 0, 0); // 产品数为 0pthread_create(pid, NULL, producer, NULL);pthread_create(cid, NULL, consumer, NULL);pthread_join(pid, NULL);pthread_join(cid, NULL);sem_destroy(blank_number);sem_destroy(product_number);return 0;
}$ gcc sem.c -o sem -pthread
$ ./sem
----Produce---384
-Consume---384
----Produce---916
-Consume---916
...
