淺析pthread_cond_wait

mrjbydd 2012-11-12

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淺析pthread_cond_wait

條件變量是利用線程間共享的全局變量進行同步的一種機制，主要包括兩個動作：一個線程等待"條件變量的條件成立"而掛起,；另一個線程使"條件成立"（給出條件成立信號）,。為了防止競爭,，條件變量的使用總是和一個互斥鎖結(jié)合在一起。

一 pthread_cond_wait定義：

函數(shù)原型：int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex)

參數(shù): cond 條件變量 mutex 互斥鎖
第一個參數(shù)*cond是指向一個條件變量的指針,。第二個參數(shù)*mutex則是對相關(guān)的互斥鎖的指針,。

二 pthread_cond_wait示例理解

pthread_cond_wait的機制比較難里理解,，是條件變量中重要的成分。條件變量用于線程間同步,，那么pthread_cond_wait必須和互斥鎖同時作用在一個線程里,，它同時起到對資源的加鎖和解鎖，看下面的示例：

程序創(chuàng)建了2個新線程使他們同步運行,，實現(xiàn)進程t_b打印9以內(nèi)3的倍數(shù)，t_a打印其他的數(shù),，程序開始線程t_b不滿足條件等待,，線程t_a運行使a循環(huán)加1并打印,。直到i為3的倍數(shù)時，線程t_a發(fā)送信號通知進程t_b,，這時t_b滿足條件,，打印i值。

C++代碼

1 #include<pthread.h>
2 #include<unistd.h>
3 #include<stdio.h>
4 #include<stdlib.h>
5
6 pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;/*初始化互斥鎖*/
7 pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;//init cond
8
9 void *thread1(void*);
10 void *thread2(void*);
11
12 int i = 1; //global
13
14 int main(void){
15 pthread_t t_a;
16 pthread_t t_b;//two thread
17
18 pthread_create(&t_a,NULL,thread2,(void*)NULL);
19 pthread_create(&t_b,NULL,thread1,(void*)NULL);//Create thread
20
21 pthread_join(t_b,NULL);//wait a_b thread end
22 pthread_mutex_destroy(&mutex);
23 pthread_cond_destroy(&cond);
24 exit(0);
25 }
26
27 void *thread1(void *junk){
28 for(i = 1;i<= 9; i++){
29 pthread_mutex_lock(&mutex); //互斥鎖
30 printf("call thread1 \n");
31 if(i%3 == 0)
32 pthread_cond_signal(&cond); //send sianal to t_b
33 else
34 printf("thread1: %d\n",i);
35 pthread_mutex_unlock(&mutex);
36 sleep(1);
37 }
38 }
39
40 void *thread2(void*junk){
41 while(i < 9)
42 {
43 pthread_mutex_lock(&mutex);
44 printf("call thread2 \n");
45 if(i%3 != 0)
46 pthread_cond_wait(&cond,&mutex); //wait
47 printf("thread2: %d\n",i);
48 pthread_mutex_unlock(&mutex);
49 sleep(1);
50 }
51 }

輸出：
call thread2
call thread1
thread1: 1
call thread1
thread1: 2
call thread1
thread2: 3
call thread1
thread1: 4
call thread2
call thread1
thread1: 5
call thread1
thread2: 6
call thread1
thread1: 7
call thread2
call thread1
thread1: 8
call thread1
thread2: 9

示例的解釋：
call thread2：是線程2即t_b首先上鎖,，即 pthread_mutex_lock(&mutex);鎖住了mutex使得此進程執(zhí)行線程2中的臨界區(qū)的代碼，當執(zhí)行到45行：if(i%3 != 0),，此時i=1,滿足此條件，則執(zhí)行46行： pthread_cond_wait(&cond,&mutex); 這句是關(guān)鍵,，pthread_cond_wait(&cond,&mutex)操作有兩步,，是原子操作：第一解鎖,，先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mutex,；第二掛起，阻塞并在等待對列里休眠,，即線程2掛起,，直到再次被喚醒，喚醒的條件是由pthread_cond_signal(&cond);發(fā)出的 cond信號來喚醒,。

call thread1:由于pthread_cond_wait已經(jīng)對線程2解鎖,，此時另外的線程只有線程1,，那么線程1對mutex上鎖，若這時有多個線程,，那么線程間上鎖的順序和操作系統(tǒng)有關(guān)。

thread1: 1：線程1上鎖后執(zhí)行臨界區(qū)的代碼,，當執(zhí)行到if(i%3 == 0)此時i=1,不滿足條件,，則pthread_cond_signal(&cond);不被執(zhí)行，那么線程2仍處于掛起狀態(tài),，輸出 thread1: 1后線程1由pthread_mutex_unlock(&mutex);解鎖。

thread1: 2：這時此進程中只有2個線程,，線程2處于掛起狀態(tài),，那么只有線程1,則線程1又對mutex上鎖，此時同樣執(zhí)行臨界區(qū)的代碼,，而且i=2,不滿足條件，pthread_cond_signal(&cond);不被執(zhí)行,，那么線程2仍處于掛起狀態(tài),，輸出thread1: 1后線程1由pthread_mutex_unlock(&mutex);解鎖。

call thread1：同樣由線程1上鎖,，但此時i=3,滿足條件pthread_cond_signal(&cond)被執(zhí)行，那么 pthread_cond_signal(&cond)會發(fā)出信號,，來喚醒處于掛起的線程2,。pthread_cond_signal同樣由兩個原子操作：1,解鎖;2,發(fā)送信號;解鎖即對線程1解鎖，解除對mutex的上鎖。發(fā)送信號,，即給等待signal掛起的線程2發(fā)送信號，喚醒掛起的線程 2,。

thread2: 3：由于pthread_cond_signal喚醒了線程2,即i=3滿足條件，pthread_cond_wait(&cond,& mutex);被執(zhí)行,，那么pthread_cond_wait(&cond,&mutex)此時也有一步操作：上鎖;即對線程2上鎖,，此時的pthread_cond_wait(&cond,&mutex)的操作相當與 pthread_mutex_lock(&mutex);那么線程2繼續(xù)執(zhí)行上鎖后的臨界區(qū)的代碼，并由 pthread_mutex_unlock(&mutex);對線程2進行解鎖,。

剩下的輸出原理和上面解釋的一樣。

縱觀pthread_cond_wait,，它的理解不可之把它看作一個簡單的wait函數(shù),，它里面應該是一族函數(shù)，不同的函數(shù)在不同的條件下執(zhí)行,，理解pthread_cond_wait的機制可以很好的學習條件變量。