1. 简介
Linux 2.6是一种支持同步优雅的同步技术的操作系统内核版本。在多线程编程中，线程的同步是非常重要的，它可以确保多个线程在访问共享资源时能够互斥地进行操作，避免数据竞争和错误结果的发生。Linux 2.6引入了一些新的同步技术，有效提高了并发性能和可靠性。
2. 互斥与同步
2.1 互斥
互斥是多线程编程中常用的一种同步机制。通过互斥锁的方式，只有获得锁的线程才能访问临界区资源，其他线程必须等待直至该锁被释放。这样可以避免多个线程同时修改共享数据导致的数据不一致问题。
下面是互斥锁的简单示例：
#include
#include
pthread_mutex_t mutex;
int counter;
void *thread_func(void *arg) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
counter++;
printf("Thread: %d\n", counter);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t tid1, tid2;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_create(&tid1, NULL, thread_func, NULL);
pthread_create(&tid2, NULL, thread_func, NULL);
pthread_join(tid1, NULL);
pthread_join(tid2, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}
在上述示例中，我们使用了pthread_mutex_t的互斥锁类型，通过调用pthread_mutex_lock()和pthread_mutex_unlock()来获得和释放锁。
通过互斥锁，我们实现了对共享的计数器变量的安全访问。当两个线程同时执行时，只有一个线程能够获得锁，其他线程必须等待，从而避免了结果的不确定性。
2.2 读写锁
读写锁是一种特殊的互斥锁，它提供了对共享数据进行读操作的并发访问，但是对写操作进行互斥保护。这可以提高并发性能，因为多个线程可以同时读取共享数据，而不会引发竞争条件。
下面是一个使用读写锁的示例：
#include
#include
pthread_rwlock_t rwlock;
int counter;
void *read_thread_func(void *arg) {
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
printf("Read Thread: %d\n", counter);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
return NULL;
}
void *write_thread_func(void *arg) {
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
counter++;
printf("Write Thread: %d\n", counter);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t read_tid, write_tid;
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
pthread_create(&read_tid, NULL, read_thread_func, NULL);
pthread_create(&write_tid, NULL, write_thread_func, NULL);
pthread_join(read_tid, NULL);
pthread_join(write_tid, NULL);
pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
return 0;
}
在上述示例中，我们使用了pthread_rwlock_t的读写锁类型，通过调用pthread_rwlock_rdlock()和pthread_rwlock_wrlock()来获得读和写锁。使用pthread_rwlock_rdlock()可以同时允许多个线程读取数据，而使用pthread_rwlock_wrlock()时，只允许一个线程进行写操作。
3. 信号量
信号量是一种用于进程或线程间同步的同步原语。它使用一个计数器来控制对共享资源的访问。信号量可以用于解决多个线程之间的同步问题，如控制资源的分配和回收、调度等。
下面是一个使用信号量的示例：
#include
#include
#include
sem_t semaphore;
int counter;
void *thread_func(void *arg) {
sem_wait(&semaphore);
counter++;
printf("Thread: %d\n", counter);
sem_post(&semaphore);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t tid1, tid2;
sem_init(&semaphore, 0, 1);
pthread_create(&tid1, NULL, thread_func, NULL);
pthread_create(&tid2, NULL, thread_func, NULL);
pthread_join(tid1, NULL);
pthread_join(tid2, NULL);
sem_destroy(&semaphore);
return 0;
}
在上述示例中，我们使用了sem_t的信号量类型，通过调用sem_wait()和sem_post()来对信号量进行等待和释放操作。
通过信号量，我们实现了对共享的计数器变量的安全访问。当两个线程同时执行时，只有一个线程能够获得信号量，其他线程必须等待，从而避免了结果的不确定性。
4. 线程条件变量
线程条件变量是一种线程同步机制，它允许线程等待某个条件的发生，并在条件满足时被唤醒。条件变量常与互斥锁一起使用，以实现更复杂的同步需求。
下面是一个使用线程条件变量的示例：
#include
#include
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;
int condition = 0;
void *thread_func(void *arg) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
while (condition == 0) {
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
printf("Thread: Condition satisfied\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t tid;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
sleep(2); // 睡眠2秒以确保线程已等待条件
pthread_mutex_lock(&mutex);
condition = 1;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_join(tid, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&cond);
return 0;
}
在上述示例中，我们使用了pthread_mutex_t的互斥锁类型和pthread_cond_t的线程条件变量类型，通过调用pthread_cond_wait()和pthread_cond_signal()来进行等待和唤醒操作。
通过线程条件变量，我们实现了对某个条件的等待和唤醒操作。当条件不满足时，线程会等待在条件变量上，直到条件被其他线程满足并通过pthread_cond_signal()唤醒。
5. 总结
通过引入互斥锁、读写锁、信号量和线程条件变量等同步机制，Linux 2.6提供了丰富的线程同步技术，使得多线程编程变得更加便捷和安全。
在实际开发中，我们可以根据具体需求选择合适的同步机制，并结合锁、条件变量等进行复杂的线程同步操作，以实现高效、可靠的并发程序。