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Linux学习-（进程间，线程间通信）

news 2025/8/19 5:55:10

异步：多线程、多进程本质是异步执行

线程间同步机制：让多个线程在执行某个任务时，具有先后顺序的执行

信号量

实现线程间同步。

步骤：1. 定义信号量对象：sem_t
2. 初始化信号量：sem_init();
3. 申请信号量：P操作：int sem_wait(sem_t *sem);
释放信号量：V操作：int sem_post(sem_t *sem);
PV操作
4. 销毁信号量：int sem_destroy(sem_t *sem);

主要函数

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

功能

初始化信号量

参数

sem：要初始化的信号量对象地址
pshared：
0：线程间共享
非0：进程间共享
value：信号量的初始值（初始资源数）

返回值

成功：0
失败：-1

练习

创建三个线程，分别按顺序打印A-> B -> C

#include<stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include<unistd.h>
sem_t sem_a;
sem_t sem_b;
sem_t sem_c;void*task1(void*arg)
{while(1){sem_wait(&sem_a);printf("A\n");sem_post(&sem_b);sleep(1);}}void*task2(void*arg)
{while(1){sem_wait(&sem_b);printf("B\n");sem_post(&sem_c);sleep(1);}
}void*task3(void*arg)
{while(1){sem_wait(&sem_c);printf("C\n");sem_post(&sem_a);sleep(1);}
}int main(int argc,const char*argv[])
{pthread_t tid[3];sem_init(&sem_a,0,1);sem_init(&sem_b,0,0);sem_init(&sem_c,0,0);pthread_create(&tid[0],NULL,task1,NULL);pthread_create(&tid[1],NULL,task2,NULL);pthread_create(&tid[2],NULL,task3,NULL);pthread_join(tid[0],NULL);pthread_join(tid[1],NULL);pthread_join(tid[2],NULL);sem_destroy(&sem_a);sem_destroy(&sem_b);sem_destroy(&sem_c);return 0;}

死锁

死锁指的是在多线程环境中，每个执行流（线程）都有未释放的资源，
且互相请求对方未释放资源，从而导致陷入永久等待状态的情况。

现象

现象1：忘记释放锁
现象2：重复加锁
现象3：多线程多锁，抢占锁资源不当
如：线程A获取了1锁，线程B获取了2锁，同时线程A还想获取2锁，线程B还想获取1锁

产生死锁的四个必要条件

（1）互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用（一个执行流获取锁后，其它执行流不能再获取该锁）。
（2）请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放（执行流本身使用着一把锁并不释放，还在请求别的锁）。
（3）不剥夺条件:进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺（A执行流拿着锁，其它执行流不能释放）。
（4）循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系（多个执行流拿着对方想要的锁，并且各执行流还去请求对方的锁）。

解决方法

1.锁一定要成对出现
2.使线程的加锁顺序一致
3.破坏环路等待条件
使用非阻塞锁，一旦线程发现请求的锁被使用，就去释放自己拥有的锁
pthread_mutex_trylock();
int sem_trywait(sem_t *sem);

进程间通信

IPC机制（interprocess communicate）

进程间空间独立，无法直接通信，需要IPC机制实现通信。

同一主机进程间通信

1、古老的通信方式
无名管道
有名管道
信号：进程间通知机制
2、IPC对象通信system v
共享内存*：效率最高
消息队列
信号量集（信号灯）

主要用在不同主机进程间通信

3、socket通信
网络通信

IPC机制

有名管道：可以用于同一主机，任意进程间通信
无名管道：只能用于同一主机，具有亲缘关系的进程间通信（父子进程间）

无名管道

操作流程

1. 创建无名管道：pipe(); pipefd[0] ---->读端
2. 写管道-->write(); pipefd[1] ---->写端
3. 读管道-->read();
4. 关闭管道-->close();

管道本质

内核空间中的一段缓冲区，遵循先进先出特点。
无名管道的：读端：pipefd[0]
写端：pipefd[1]
读写端不能交换。
无名管道默认大小：65536bytes = 64K

管道特性

1. 写阻塞：读端和写端都存在，向管道中写数据，当管道满时，发生写阻塞。
2. 读阻塞：读端和写端都存在，从管道中读数据，若管道为空，则发生读阻塞。
3. 读返回0：当写端关闭，从管道中读数据，若管道中有数据，则读到数据；
若管道中没有数据，read则返回0，不再阻塞。
4. 管道破裂：读端关闭，向管道中写入数据，发生管道破裂（异常）

练习

父进程从终端获取数据，子进程负责打印

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>
int main(int argc,const char*argv[])
{int pipefd[2];int ret = pipe(pipefd);if (ret < 0){perror("pipe error");return -1;}char buff[1024] = {0};fgets(buff,sizeof(buff),stdin);pid_t pid = fork();if(pid > 0){close(pipefd[0]);write(pipefd[1],buff,strlen(buff));close(pipefd[1]);wait(NULL);}else if(0 == pid){close(pipefd[1]);read(pipefd[0], buff, sizeof(buff));printf("buff = %s\n", buff);close(pipefd[0]);}else{perror("fork error");}return 0;
}

有名管道

操作流程

1. 创建管道文件 mkfifo、mkfifo();
2. 打开管道文件 open();
3. 写管道文件 write();
4. 读管道文件 read();
5. 关闭管道文件 close();
6. 删除管道文件 int remove(const char *pathname);

管道本质

内核空间的一段缓冲区，但这块缓冲区和一个管道文件相关联。

主要函数

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
功能：创建一个管道文件
参数：
pathname：管道文件的名称
mode：管道文件的读写执行权限
返回值：
成功：0；
失败：-1

练习

一个进程负责从终端获取数据，通过有名管道，使另一个进程打印数据

文件1：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
int main(int argc,const char*argv[])
{int ret = mkfifo("./mkfifo",0664);if(ret != 0 && errno != EEXIST){perror("mkfifo error");return -1;}int fd1 = open("./1.txt",O_RDONLY);int fd2 = open("./mkfifo",O_WRONLY);if(fd1 < 0 || fd2 < 0){perror("open error");return -1;}char buff[1024] = {0};ssize_t cnt = read(fd1,buff,sizeof(buff));while(cnt != 0){write(fd2,buff,cnt);cnt = read(fd1,buff,sizeof(buff));}close(fd1);close(fd2);remove("./mkfifo");return 0;}

文件2：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
int main(int argc,const char*argv[])
{int ret = mkfifo("./mkfifo",0664);if(ret != 0 && errno != EEXIST){perror("mkfifo error");return -1;}int fd1 = open("./mkfifo",O_RDONLY);int fd2 = open("./2.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0664);if(fd1 < 0 || fd2 < 0){perror("open error");return -1;}char buff[1024] = {0};ssize_t cnt = read(fd1,buff,sizeof(buff));while(cnt != 0){write(fd2,buff,cnt);cnt = read(fd1,buff,sizeof(buff));}close(fd1);close(fd2);return 0;}

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