Linux下关于互斥锁及同步的移植万芳

Linux下关于互斥锁及同步的移植-CSDN.NET

摘要：将win32程序关于多线程的内容移植到Linux下面，不能简单的按照函数对应来移植。不过通过下面的对应关系，再加上你对这些模式的深入了解，相信会移植的很成功。

将win32程序关于多线程的内容移植到Linux下面，不能简单的按照函数对应来移植。不过通过下面的对应关系，再加上你对这些模式的深入了解，相信会移植的很成功。 信号量Windows 信号量是一些计数器变量，允许有限个线程/进程访问共享资源。Linux POSIX 信号量也是一些计数器变量，可以用来在 Linux 上实现 Windows 上的信号量功能。 信号量的类型： Windows 提供了有名（named）信号量和无名（unnamed）信号量。有名信号量可以在进程之间进行同步。在 Linux 上，在相同进程的不同线程之间，则只使用 POSIX 信号量。在进程之间，可以使用 System V 信号量。 等待函数中的超时： 当在一个等待函数中使用时，可以为 Windows 信号量对象指定超时值。在 Linux 中，并没有提供这种功能，只能通过应用程序逻辑处理超时的问题。 创建信号量在 Windows 中，可以使用 CreateSemaphore() 创建或打开一个有名或无名的信号量。 HANDLE CreateSemaphore( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes, LONG lInitialCount, LONG lMaximumCount, LPCTSTR lpName);

在这段代码中： lpSemaphoreAttributes 是一个指向安全性属性的指针。如果这个指针为空，那么这个信号量就不能被继承。 lInitialCount 是该信号量的初始值。 lMaximumCount 是该信号量的最大值，该值必须大于 0。 lpName 是信号量的名称。如果该值为 NULL，那么这个信号量就只能在相同进程的不同线程之间共享。否则，就可以在不同的进程之间进行共享。 这个函数创建信号量，并返回这个信号量的句柄。它还将初始值设置为调用中指定的值。这样就可以允许有限个线程来访问某个共享资源。 在 Linux 中，可以使用 sem_init() 来创建一个无名的 POSIX 信号量，这个调用可以在相同进程的线程之间使用。它还会对信号量计数器进行初始化：int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)。在这段代码中： value（信号量计数器)是这个信号量的初始值。 pshared 可以忽略，因为在目前的实现中，POSIX 信号量还不能在进程之间进行共享。 这里要注意的是，最大值基于 demaphore.h 头文件中定义的 SEM_VALUE_MAX。 在 Linux 中，semget() 用于创建 System V 信号量，它可以在不同集成的线程之间使用。可以用它来实现与 Windows 中有名信号量相同的功能。这个函数返回一个信号量集标识符，它与一个参数的键值关联在一起。当创建一个新信号量集时，对于与 semid_ds 数据结构关联在一起的信号量，semget() 要负责将它们进行初始化，方法如下：sem_perm.cuid 和 sem_perm.uid 被设置为调用进程的有效用户 ID。 sem_perm.cgid 和 sem_perm.gid 被设置为调用进程的有效组 ID。 sem_perm.mode 的低 9 位被设置为 semflg 的低 9 位。 sem_nsems 被设置为 nsems 的值。 sem_otime 被设置为 0。 sem_ctime 被设置为当前时间。 用来创建 System V 信号量使用的代码是：int semget(key_t key, int nsems, int semflg)。下面是对这段代码的一些解释： key 是一个惟一的标识符，不同的进程使用它来标识这个信号量集。我们可以使用 ftok() 生成一个惟一的键值。IPC_PRIVATE 是一个特殊的 key_t 值；当使用 IPC_PRIVATE 作为 key 时，这个系统调用就会只使用 semflg 的低 9 位，但却忽略其他内容，从而新创建一个信号量集（在成功时）。 nsems 是这个信号量集中信号量的数量。 semflg 是这个新信号量集的权限。要新创建一个信号量集，您可以将使用 IPC_CREAT 来设置位操作或访问权限。如果具有该 key 值的信号量集已经存在，那么 IPC_CREAT/IPC_EXCL 标记就会失败。 注意，在 System V 信号量中，key 被用来惟一标识信号量；在 Windows 中，信号量是使用一个名称来标识的。 为了对信号量集数据结构进行初始化，可以使用 IPC_SET 命令来调用 semctl() 系统调用。将 arg.buf 所指向的 semid_ds 数据结构的某些成员的值写入信号量集数据结构中，同时更新这个结构的 sem_ctime member 的值。用户提供的这个 arg.buf 所指向的 semid_ds 结构如下所示：sem_perm.uid sem_perm.gid sem_perm.mode （只有最低 9 位有效） 调用进程的有效用户 ID 应该是超级用户，或者至少应该与这个信号量集的创建者或所有者匹配： int semctl(int semid, int semnum, int cmd = IPC_SET, ...)。在这段代码中： semid 是信号量集的标识符。 semnum 是信号量子集偏移量（从 0 到 nsems -1，其中 n 是这个信号量集中子集的个数）。这个命令会被忽略。 cmd 是命令；它使用 IPC_SET 来设置信号量的值。 args 是这个信号量集数据结构中要通过 IPC_SET 来更新的值（在这个例子中会有解释）。 最大计数器的值是根据在头文件中定义的 SEMVMX 来决定的。 打开信号量在 Windows 中，我们使用 OpenSemaphore() 来打开某个指定信号量。只有在两个进程之间共享信号量时，才需要使用信号量。在成功打开信号量之后，这个函数就会返回这个信号量的句柄，这样就可以在后续的调用中使用它了。 HANDLE OpenSemaphore( DWORD dwDesiredAccess, BOOL bInheritHandle, LPCTSTR lpName)

在这段代码中： dwDesiredAccess 是针对该信号量对象所请求的访问权。 bInheritHandle 是用来控制这个信号量句柄是否可继承的标记。如果该值为 TRUE，那么这个句柄可以被继承。 lpName 是这个信号量的名称。 在 Linux 中，可以调用相同的 semget() 来打开某个信号量，不过此时 semflg 的值为 0：int semget(key,nsems,0)。在这段代码中： key 应该指向想要打开的信号量集的 key 值。 为了打开一个已经存在的信号量，可以将 nsems 和标记设置为 0。semflg 值是在返回信号量集标识符之前对访问权限进行验证时设置的。 获取信号量在 Windows 中，等待函数提供了获取同步对象的机制。可以使用的等待函数有多种类型；在这一节中，我们只考虑 WaitForSingleObject()（其他类型将会分别进行讨论）。这个函数使用一个信号量对象的句柄作为参数，并会一直等待下去，直到其状态变为有信号状态或超时为止。 DWORD WaitForSingleObject( HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds ); 在这段代码中： hHandle 是指向互斥句柄的指针。 dwMilliseconds 是超时时间，以毫秒为单位。如果该值是 INFINITE，那么它阻塞调用线程/进程的时间就是不确定的。 在 Linux 中，sem_wait() 用来获取对信号量的访问。这个函数会挂起调用线程，直到这个信号量有一个非空计数为止。然后，它可以原子地减少这个信号量计数器的值：int sem_wait(sem_t * sem)。 在 POSIX 信号量中并没有超时操作。这可以通过在一个循环中执行一个非阻塞的 sem_trywait() 实现，该函数会对超时值进行计算：int sem_trywait(sem_t * sem)。 在使用 System V 信号量时，如果通过使用 IPC_SET 命令的 semctl() 调用设置初始的值，那么必须要使用 semop() 来获取信号量。semop() 执行操作集中指定的操作，并阻塞调用线程/进程，直到信号量值为 0 或更大为止：int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops)。 函数 semop() 原子地执行在 sops 中所包含的操作 也就是说，只有在这些操作可以同时成功执行时，这些操作才会被同时执行。sops 所指向的数组中的每个 nsops 元素都使用 struct sembuf 指定了一个要对信号量执行的操作，这个结构包括以下成员： unsigned short sem_num; （信号量个数） short sem_op; （信号量操作） short sem_flg; （操作标记） 要获取信号量，可以通过将 sem_op 设置为 -1 来调用 semop()；在使用完信号量之后，可以通过将 sem_op 设置为 1 来调用 semop() 释放信号量。通过将 sem_op 设置为 -1 来调用 semop()，信号量计数器将会减小 1，如果该值小于 0（信号量的值是不能小于 0 的），那么这个信号量就不能再减小，而是会让调用线程/进程阻塞，直到其状态变为有信号状态为止。 sem_flg 中可以识别的标记是 IPC_NOWAIT 和 SEM_UNDO。如果某一个操作被设置了 SEM_UNDO 标记，那么在进程结束时，该操作将被取消。如果 sem_op 被设置为 0，那么 semop() 就会等待 semval 变成 0。这是一个等待为 0 的操作，可以用它来获取信号量。 记住，超时操作在 System V 信号量中并不适用。这可以在一个循环中使用非阻塞的 semop()（通过将 sem_flg 设置为 IPC_NOWAIT）实现，这会计算超时的值。 释放信号量在 Windows 中，ReleaseSemaphore() 用来释放信号量。 BOOL ReleaseSemaphore( HANDLE hSemaphore, LONG lReleaseCount, LPLONG lpPreviousCount);

在这段代码中： hSemaphore 是一个指向信号量句柄的指针。 lReleaseCount 是信号量计数器，可以通过指定的数量来增加计数。 lpPreviousCount 是指向上一个信号量计数器返回时的变量的指针。如果并没有请求上一个信号量计数器的值，那么这个参数可以是 NULL。 这个函数会将信号量计数器的值增加在 lReleaseCount 中指定的值上，然后将这个信号量的状态设置为有信号状态。 在 Linux 中，我们使用 sem_post() 来释放信号量。这会唤醒对这个信号量进行阻塞的所有线程。信号量的计数器同时被增加 1。要为这个信号量的计数器添加指定的值（就像是 Windows 上一样），可以使用一个互斥变量多次调用以下函数：int sem_post(sem_t * sem)。 对于 System V 信号量来说，只能使用 semop() 来释放信号量：int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops)。 函数 semop() 原子地执行 sops 中包含的一组操作（只在所有操作都可以同时成功执行时，才会将所有的操作同时一次执行完）。sops 所指向的数组中的每个 nsops 元素都使用一个 struct sembuf 结构指定了一个要对这个信号量执行的操作，该结构包含以下元素： unsigned short sem_num;（信号量个数） short sem_op; （信号量操作） short sem_flg; （操作标记） 要释放信号量，可以通过将 sem_op 设置为 1 来调用 semop()。通过将 semop() 设置为 1 来调用 semop()，这个信号量的计数器会增加 1，同时用信号通知这个信号量。关闭/销毁信号量在 Windows 中，我们使用 CloseHandle() 来关闭或销毁信号量对象。 BOOL CloseHandle( HANDLE hObject);

hObject 是指向这个同步对象句柄的指针。 在 Linux 中，sem_destroy() 负责销毁信号量对象，并释放它所持有的资源： int sem_destroy(sem_t *sem)。对于 System V 信号量来说，只能使用 semctl() 函数的 IPC_RMID 命令来关闭信号量集：int semctl(int semid, int semnum, int cmd = IPC_RMID, ...)。 这个命令将立即删除信号量集及其数据结构，并唤醒所有正在等待的进程（如果发生错误，则返回，并将 errno 设置为 EIDRM）。调用进程的有效用户 ID 必须是超级用户，或者可以与该信号量集的创建者或所有者匹配的用户。参数 semnum 会被忽略

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