第九章 C中的同步
在本节中，我们将在C中编写一个多线程的同步程序。附录B提供了一些实用程序代码，用于使C代码更加可口。 本节中的示例依赖于该代码。
9.1 互斥
我们首先定义一个包含共享变量的结构体：
counter是一个共享变量，它将由并发线程递增，直到它达到end。 我们将使用数组通过在每次递增后跟踪counter的值来检查同步错误。
9.1.1 父线程代码
以下是父线程用于创建线程并等待它们完成的代码：
第一个循环创建子线程; 第二个循环等待它们完成。 当最后一个子线程完成时，父线程会调用check_array来检查错误。 make_thread和join_thread在附录B中定义。
9.1.2 子线程代码
以下是每个子线程执行的代码：
每次循环时，子线程使用计数器counter作为数组array的索引并递增相应的元素。 然后他们增加计数器counter并检查它们是否完成。
9.1.3 同步错误
如果一切正常，数组的每个元素都应该递增一次。 因此，为了检查错误，我们可以计算不是1的元素数量：
您可以从greenteapress.com/semaphores/counter.c下载该程序（包括清理代码）
如果您编译并运行该程序，您应该看到如下输出：
当然，子线程之间的交互取决于操作系统的详细信息，以及计算机上运行的其他程序。在本文所示的示例中，一个线程在另一个线程启动之前从0一直运行到结束，所以没有同步错误也就不足为奇了。
但随着end变得越来越大，子线程之间的上下文切换也越来越多。 在我的系统中，当end为100,000,000时，我开始看到错误。
思考：使用信号量强制对共享变量进行独占访问，然后再次运行程序以确认没有错误。
9.1.4 互斥提示
以下是我的解决方案中使用的Shared版本
第5行将mutex声明为信号量; 第20行使用数值1来初始化mutex。
9.1.5 互斥方案
以下是子线程代码的同步版本：
这里没有什么太令人惊讶的了; 唯一棘手的事情是记住在return语句之前释放互斥锁。
您可以从greenteapress.com/semaphores/counter_mutex.c下载此解决方案。
9.2 制作自己的信号量
对于使用Pthreads的程序，最常用的同步工具是互斥锁和条件变量，而不是信号量。有关这些工具的解释，我推荐Butenhof的《POSIX Threads编程》[2]。
思考：阅读有关互斥锁和条件变量的内容，然后使用它们编写信号量的实现。
您可能希望在解决方案中使用以下实用程序代码。 这是我封装的Pthreads互斥量：
以及我封装的Pthread条件变量：
9.2.1 信号量实现提示
这是我用于信号量的结构体定义：
value是信号量的值。 wakeups计算未决信号的数量; 也就是说，已被唤醒但尚未恢复执行的线程数。 唤醒的原因是为了确保我们的信号量具有第4.3节中描述的属性3。
mutex提供对value和wakeups的独占访问; cond是线程等待的条件变量，如果他们等待信号量的话。
以下是此结构的初始化代码：
9.2.2 信号量实现
这是我使用Pthread的互斥量和条件变量实现的信号量：
大部分都是直截了当的; 唯一可能棘手的是在第7行的do ... while循环。这是使用条件变量的一种不寻常的方式，但在这种情况下它是必要的。
思考：为什么我们不能用while循环替换这个do... while循环？
9.2.3 信号量实现细节
使用while循环，此实现将不具有属性3。一个线程可能会发出信号，然后运行回来并捕获它自己的信号。
使用do ... while循环，可以保证，当一个线程发出信号时，另一个等待的线程将得到信号，即使另一个线程在其中一个等待线程恢复之前获得第3行的互斥锁。
【好吧，差不多。 事实证明，适时的虚假唤醒（参见http://en.wikipedia.org/wiki/Spurious_wakeup）可能会违反此保证。】