精华内容
下载资源
问答
  • 线程同步是指线程之间所具有的一制约关系,一个线程的执行依赖另外一个线程的消息,当它没有得到另一个线程的消息时应等待,直到消息到达时才被唤醒。...线程互斥可以看成是一特殊的线程同步。  线程间的...

      线程同步是指线程之间所具有的一种制约关系,一个线程的执行依赖另外一个线程的消息,当它没有得到另一个线程的消息时应等待,直到消息到达时才被唤醒。

      线程互斥是指对于共享的进程系统资源,每个线程访问时的排他性。当有若干个线程都要使用某一个共享资源时,任何时刻最多只允许一个线程去使用,其他线程必须等待,知道占用占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。

      线程间的同步方法大体可以分为两类:用户模式和内核模式

        1、用户模式:原子操作,临界区

        2、内核模式:事件、信号量、互斥量

      内核模式就是利用系统内核对象的单一性来进行同步,使用时需要切换内核态与用户态,而用户模式就是不需要切换内核态,只在用户态完成操作

    展开全文
  • 本文主要讲述了操作系统中同步和互斥这两个概念,并说明了操作系统中是如何实现同步和互斥的。除此之外,本文还重点讲述了线程和进程的概念。


    在讲同步和互斥之前,需要先熟悉一些计算机相关的基础概念

    计算机基础知识

    进程和线程

    • 进程(Process),顾名思义就是正在执行的应用程序,是软件的执行副本。而线程是轻量级的进程。

    • 进程是分配资源的基础单位。而线程是程序执行的基本单位。

    每一种应用,比如游戏,执行后是一个进程。但是游戏内部需要图形渲染、需要网络、需要响应用户操作,这些行为不可以互相阻塞,必须同时进行,这样就设计成线程。现代的CPU以多线程为主,如下内容也主要是说多线程,我们讲的调度更多的也是线程的调度。

    计算机的资源

    我们经常讲操作系统需要分配资源,最重要的 3 种资源是:计算资源(CPU)内存资源文件资源。计算机的CPU是有限的,而需要执行的任务往往有多个,CPU无法同时执行所有的任务,只能挨个执行,这就相当于是给任务(线程)分配了计算资源,得到了计算资源的任务就可以被执行。文件资源比如计算机中存储的文件是文件资源。

    归根到底不管是计算机的组成还是操作系统,都面临着资源有限,而使用资源的任务(用户)却非常多,如何合理的安排资源,使得任务都能得到更好的执行,不管是线程和进程的设计也好,还是计算机的三级存储结构也好,都是在权衡利弊以及成本的基础上,为了更好的统筹规划资源而设计出来的。

    内核

    操作系统的内核

    在这里插入图片描述

    用户态和内核态

    在这里插入图片描述

    内核线程和用户线程

    线程设计出来后,因为只被分配了计算资源(CPU),因此被称为轻量级进程。被分配的方式,就是由操作系统调度线程。操作系统创建一个进程后,进程的入口程序被分配到了一个主线程执行,这样看上去操作系统是在调度进程,其实是调度进程中的线程。

    这种被操作系统直接调度的线程,我们也成为内核级线程。另外,有的程序语言或者应用,用户(程序员)自己还实现了线程。相当于操作系统调度主线程,主线程的程序用算法实现子线程,这种情况我们称为用户级线程。Linux 的 PThread API 就是用户级线程,KThread API 则是内核级线程。

    进程的开销比线程大在了哪里?

    以Linux为例:Linux 中创建一个进程自然会创建一个线程,也就是主线程。创建进程需要为进程划分出一块完整的内存空间,有大量的初始化操作,比如要把内存分段(堆栈、正文区等)。创建线程则简单得多,只需要确定 PC 指针和寄存器的值,并且给线程分配一个栈用于执行程序,同一个进程的多个线程间可以复用堆栈。因此,创建进程比创建线程慢,而且进程的内存开销更大。

    线程的同步和互斥

    什么是同步,什么是互斥?

    同步:线程同步并不是说线程同时运行,而是让线程按照一定的顺序执行,使得最后的数据能达到同步。考虑这么一个场景,教室里很多学生,每个学生都在说话,七嘴八舌的,一片混论。如果这些同学挨个起来发言,或者是是以一个组为单位来发言 ,就会显得井然有序,大家也都能听到他们在说什么。同理,多线程的情况下,如果不加以控制,多个线程一起对数据进行添加或者是修改,数据会异常混论,就像是七嘴八舌的声音一样。我们写程序的目的,无非就是为了处理数据,处理数据的输入和输出,如果最后得到的输出不受你的控制,这个程序还有什么用?

    互斥:有一些资源,比如:打印机。一次只能被一个线程访问,不允许多个线程同时访问,这种资源叫做临界资源。因此一个线程在访问这种资源的时候,其它线程不能访问,这就叫做互斥。【临界区:访问临界资源的那一段代码就叫做临界区。线程只有先进入临界区的才能访问到临界资源。】

    一般来说:要实现同步,就得先实现互斥。比如上面同步中所举的那个场景,我们要让学生挨个起来发言,就得先保证一个同学发言的时候,其它同学不要发言,这就是一种互斥

    操作系统实现同步的方式

    1. 使用互斥量(Mutex):采用互斥对象机制,只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限。因为互斥对象只有一个,所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问。比如Java中的synchronized关键词和各种Lock都是这种机制。

    2. 使用信号量(Semphares) :它允许同一时刻多个线程访问同一资源,但是需要控制同一时刻访问此资源的最大线程数量

    什么是信号量呢?可以看一下如下的例子

    考虑有两个函数up和down。uplock增 1,downlock减 1。当 lock 为 0 时,如果还在down这个函数里,那么会自旋。

    其中的cas是指CPU中的原子操作其伪代码形式可以这样表示:cas(&oldValue, expectedValue, targetValue)。比如我们要执行a++;假设a的初值为0,则可以这么写cas(&a, 0, 1),表示什么意思呢?先去存储a的地址空间中取出a的值,如果a的值是0,我就执行更新操作,使得a的值变为1,然后再写回去,否则不更新a的值。为什么执行一个a++都要这么麻烦呢?为的就是再多线程并发的情况下防止其它线程更改a的值

    up(&lock){
      while(!cas(&lock, lock, lock+1)) { }
    }
    
    down(&lock){
      while(!cas(&lock, lock, lock - 1) || lock == 0){}
    }
    

    考虑到多线程的情况下执行下面这个程序

    int lock = 2;
    down(&lock);
    // 临界区
    up(&lock);
    

    如果只有一个线程在临界区,那么lock等于 1,第 2 个线程还可以进入。 如果两个线程在临界区,第 3 个线程尝试down的时候,会陷入自旋锁。当然我们也可以用其他方式来替代自旋锁,比如让线程休眠。

    lock初始值为 1 的时候,这个模型就是实现互斥(mutex)。如果 lock 大于 1,那么就是同时允许多个线程进入临界区。这种方法,我们称为信号量(semaphore)

    1. 使用事件(Event) : 比如Wait/Notify:通过通知操作的方式来保持多线程同步。

    操作系统实现互斥的方法:

    • 软件实现互斥的方法
    1. 单标志法:设置一个公共的整形变量:turn。比如turn = 1则表示运行1这个进程进入临界区获得临界资源,其它线程则不允许进入。

    2. 双标志法先检查:每个线程在进入临界区访问临界资源之前,先查看临界资源是否正在被访问,若正在被访问,该线程需要进行等待;若临界资源没有被访问,该线程则进入临界区访问临界资源。我们可以设置一个标志数组flag[],flag[i] = true,则表示i这个线程在访问临界资源,flag[i] = false则表示该线程没有访问临界资源。当i线程检测到没有其它线程在访问临界资源时,则进入临界区,并将flag[i]设置为true。

      可能出现的问题:两个线程同时进入临界区。因为线程是先查看有没有其它线程在访问临界资源,然后在没有其它线程访问临界资源时再进入临界区访问临界资源,这两个步骤间是有一定的时间间隔的。考虑两个线程T1和T2。T1先检查有没有线程没有访问临界资源,检查结果发现,没有其它线程访问临界资源,于是准备进入临界区访问临界资源,T1正准备进入却还没有进入的时候。【发生这样原因除了是因为执行的过程中存在时间间隔,还有个原因就是可能会发生线程切换】T2也开始检查有没有线程访问临界资源,检查结果发现没有线程访问临界资源,于是T2也开始准备进入临界区访问临界资源。这下好了,T1和T2都检测到没有其它线程在访问临界资源,于是,都进入了临界区,很显然违背了互斥。

    3. 双标志法后检查:双标志法先检查是先检测临界资源的状态,然后再设置自己的标志。双标志后检查则相反:若一个线程准备访问临界资源,先将自己的标志位设置为true,然后再检查其它的线程的标志位,若检测到其它某个线程的标志位为true,则该线程等待,否则进入临界区。

      可能出现的问题:导致饥饿状态,没有一个线程能进入临界区。考虑两个线程T1和T2。T1准备访问临界资源,于是将自己的标志位设置为true。在T1还未开始检测其它线程的状态时,T2刚好也准备访问临界资源,于是T2也赶紧将自己的标志位设置为true。这下好了,这两个线程检查是否有其它线程访问临界资源的时候,都能检查到对方的标志位为true,这两个线程就这样僵持着,互相都无法访问临界资源

    4. Peterson(彼得森)算法:除了用一个flag[]数组来标志线程是否在访问临界资源或者是是否正准备访问临界资源,还设置了一个公共变量turn。

      伪代码如下:

      考虑两个线程i和j。
      在这里插入图片描述
      首先考虑3的那种情况。首先是i线程准备访问临界资源,于是将自己的标志位设置为true。然后呢,i线程假设此刻是j线程在访问临界区,于是将true设置为j。就在此时,j线程也准备访问临界资源,于是将自己的标志位设置为true,j线程也同样做了一个假设,假设此刻是i线程在访问临界区,于是把true的值设置为了i。最终,true的值变成了i。紧接着i线程开始在while循环中判断条件了,flag[j] == true成立,但是turn的值已经被j线程设置为了i,于是turn == j不成立,因此该循环条件不满足,i线程不执行该循环,i线程成功进入到临界区,避免了双标志法后检查产生的饥饿问题。

    • 硬件实现方法
    1. 中断屏蔽方法

      当一个线程获得了CPU的计算资源时,除非发生中断,否则,是不会发生线程切换的。我们的计算机能同时运行多个程序,并不是说这些程序同时获得了CPU的计算资源,而是CPU在不停地切换线程或者是进程,比如先执行A线程,执行了一会以后,然后对A线程发起中断请求,A线程被中断了,然后交出了运行权,接着发生线程切换。然后CPU又赶紧去执行B线程。B线程执行了一会有切换到其它线程。CPU的运算速度非常快,很短的时间内就能执行大量的代码,而线程切换的速度又非常快,所以给我们造成了一种程序在并行执行的现象。

      一个线程准备访问临界资源时,先屏蔽中断,屏蔽了中断就意味着这样该线程不会被中断,某种程度上就意味着该线程是独占CPU了,其它线程不会被得到执行,只有当该线程执行完毕,再开启中断以后,其它线程才可能得到执行。

    2. 硬件指令方法

      在计算机中,有一些指令是原子级的指令,也就是说指令在执行的过程中,不会发生线程切换而导致执行过程被中断。比如TAS(Test and Set),CAS(Compare and Swap)。回想我们用软件实现互斥的方法的时候,比如双标志检查法,不管是先检查还是后检查。都存在着被打断的问题。比如T1线程先检测,发现没有其它线程使用临界资源,正当T1准备进入还没有进入的时候,T2线程却来捣乱了,偷偷将一些标志位给发生了改变。由于T1已经检测过了,所以它以为一切正常,继续执行,殊不知有些内容已经被修改了。如果我们把T1检测是否有其它线程使用中断,如果没有,将自己的值设置为true,否则,继续轮询这些操作封装成一个原子过程,也就是T1在执行这些代码的时候,一气呵成的执行完毕,不允许其它线程插进来捣乱,就不会发生同时进入临界区或者是发生饥饿的现象了。

    参考
    《王道操作系统考研复习指导》

    展开全文
  • 1. 线程同步: 指线程之间所具有的一制约关系,一个线程的执行依赖另外一个线程的消息,当它没有得到另一个线程的消息时应等待,直到消息到达时才被唤醒。 2. 线程互斥: 指对于共享的进程系统资源,每个线程访问...

    1. 线程同步:
            指线程之间所具有的一种制约关系,一个线程的执行依赖另外一个线程的消息,当它没有得到另一个线程的消息时应等待,直到消息到达时才被唤醒。

    2. 线程互斥:
            指对于共享的进程系统资源,每个线程访问时的排他性。当有若干个线程都要使用某一个共享资源时,任何时刻最多只允许一个线程去使用,其他线程必须等待,知道占用占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。

    3. 线程间的同步方法大体可以分为两类:
            用户模式和内核模式
                    a 用户模式:原子操作,临界区

                            临界区(Critical Section):适合一个进程内的多线程访问公共区域或代码段时使用

                    b 内核模式:事件、信号量、互斥量

                            事件(Event):通过线程间触发事件实现同步互斥

                            互斥量 (Mutex):适合不同进程内多线程访问公共区域或代码段时使用,与临界区相似
                            
                            信号量(Semaphore):与临界区和互斥量不同,可以实现多个线程同时访问公共区域数据,原理与操作系统中PV操作类似,先设置一个访问公共区域的线程最大连接数,每有一个线程访问共享区资源数就减一,直到资源数小于等于零

                    内核模式就是利用系统内核对象的单一性来进行同步,使用时需要切换内核态与用户态,而用户模式就是不需要切换内核态,只在用户态完成操作

    更多学习资料可关注:itheimaGZ获取

    展开全文
  • 点击打开原文链接线程间的同步方法大体可分为两类:用户模式内核模式。...内核模式下的方法有:事件,信号量,互斥量。1、临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码,速度快,适合控制数据访问...

    点击打开原文链接

    线程间的同步方法大体可分为两类:用户模式和内核模式。顾名思义,内核模式就是指利用系统内核对象的单一性来进行同步,使用时需要切换内核态与用户态,而用户模式就是不需要切换到内核态,只在用户态完成操作。

    用户模式下的方法有:原子操作(例如一个单一的全局变量),临界区

    内核模式下的方法有:事件,信号量,互斥量

    1、临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码,速度快,适合控制数据访问。 
    2、互斥量:为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。 
    3、信号量:为控制一个具有有限数量用户资源而设计。 
    4、事 件:用来通知线程有一些事件已发生,从而启动后继任务的开始。


    延伸阅读:

    同步和互斥

    当有多个线程的时候,经常需要去同步这些线程以访问同一个数据或资源。例如,假设有一个程序,其中一个线程用于把文件读到内存,而另一个线程用于统计文件中的字符数。当然,在把整个文件调入内存之前,统计它的计数是没有意义的。但是,由于每个操作都有自己的线程,操作系统会把两个线程当作是互不相干的任务分别执行,这样就可能在没有把整个文件装入内存时统计字数。为解决此问题,你必须使两个线程同步工作。

    所谓同步,是指在不同进程之间的若干程序片断,它们的运行必须严格按照规定的某种先后次序来运行,这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。如果用对资源的访问来定义的话,同步是指在互斥的基础上(大多数情况),通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下,同步已经实现了互斥,特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。

    所谓互斥,是指散布在不同进程之间的若干程序片断,当某个进程运行其中一个程序片段时,其它进程就不能运行它们之中的任一程序片段,只能等到该进程运行完这个程序片段后才可以运行。如果用对资源的访问来定义的话,互斥某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问,具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序,即访问是无序的。


    展开全文
  • 所谓同步,是指在不同进程之间的若干程序片断,它们的运行必须严格按照规定的某种先后次序来运行,这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。如果用对资源的访问来定义的...java学习中多线程同步和互斥有哪些实现方法...
  • 多线程同步互斥的四个实现方法

    千次阅读 2017-02-22 16:36:24
    这篇文章记录是来源于Windows多线程系列的学习笔记,表为原创,实为转载文章,只是为了让自己学的明白,稍微整理了下而已,在此向“MoreWindows”大神致敬!关键段与互斥量Mutex - 创建或初始化 销毁 进入互斥...
  • 线程同步互斥的4方式

    万次阅读 多人点赞 2018-06-19 22:48:34
    windows系统c++多线程开发 线程的一些基本概念 一、线程的基本概念。 基本概念:线程,即轻量级进程(LWP:LightWeight Process),是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID、当前指令指针(PC),寄存器...
  • C#多线程同步几种方法

    千次阅读 2017-03-06 14:37:07
    1.为什么使用同步 多线程操作的时候我们知道要避免线程之间共享数据...lock是一比较好用的简单的线程同步方式,它是通过为给定对象获取互斥锁来实现同步的。它是通过线程之间的互斥来达到同步效果的。用法如下: ...
  • C++实现线程同步几种方式

    千次阅读 2018-04-22 14:50:44
    线程同步是指同一进程中的个线程互相协调工作从而达到一致性。之所以需要线程同步,是因为个线程同时对一个数据对象进行修改操作时,可能会对数据造成破坏,下面是个线程同时修改同一数据造成破坏的例子: 1 #...
  • PYTHON多线程同步几种方法

    万次阅读 2011-03-04 15:02:00
    PYTHON 多线程 同步
  • 在.Net框架中,实现线程同步主要通过以下的几种方式来实现,在MSDN的线程指南中已经讲了几种,这里结合作者实际中用到的方式一起说明一下。 1. 维护自由锁(InterLocked)实现同步 2. 监视器(Monitor)和互斥锁(lock...
  • C++多线程并发(二)---线程同步互斥

    万次阅读 多人点赞 2019-03-20 00:08:29
    一、何为线程同步 在前一篇文章《C++多线程并发编程(一)—线程管理》中解释多线程并发时说到两个比较重要的概念: 多线程并发:在同一时间段内交替处理多个操作,线程切换时间片是很短的(一般为毫秒级),一个...
  • 在.Net框架中,实现线程同步主要通过以下的几种方式来实现,在MSDN的线程指南中已经讲了几种,本文结合作者实际中用到的方式一起说明一下。1.维护自由锁(InterLocked)实现同步2.监视器(Monitor)和互斥锁(lock)3....
  • java允许多线程并发控制,当多个线程同时操作一个可共享的资源变量时(如数据的增删改查),  将会导致数据不准确,相互之间产生冲突,因此加入同步锁以避免在该线程没有完成操作之前,被其他线程的调用,  从而...
  • 在iOS中有几种方法来解决多线程访问同一个内存地址的互斥同步问题: 方法一,@synchronized(id anObject),(最简单的方法) 会自动对参数对象加锁,保证临界区内的代码线程安全 @synchronized(self) { // 这段...
  • 线程互斥概念 ...实现线程同步互斥的四方式  临界区(Critical Section):适合一个进程内的多线程访问公共区域或代码段时使用  互斥量 (Mutex):适合不同进程内多线程访问公共区域或代码段时使用
  • 线程 链接:http://blog.csdn.net/ctthuangcheng/article/details/8914712 关于linux线程 在许多经典的操作系统教科书中, 总是把进程定义为程序的执行实例, 它并不执行什么, 只是维护应用程序所需的各种...
  • 线程同步的五种方法

    2014-04-01 22:50:54
    本工程中包含了线程同步的五种方法,现在拿出来大家一起分享,VC6.0编译测试通过,工程中包含了5个小工程,具体讲述每种线程同步方法的具体使用列子,而且详细的注释。
  • linux中实现线程同步的6种方法

    万次阅读 多人点赞 2020-10-22 16:37:21
    linux线程同步方法 下面是一个线程不安全的例子: #include<stdio.h> #include<pthread.h> int ticket_num=10000000; void *sell_ticket(void *arg) { while(ticket_num>0) { ticket_num--; }...
  • Java 多线程 系列文章目录: Java 多线程(一)线程间的互斥和同步通信 Java 多线程(二)同步线程分组问题 ... Java 多线程(五)Lock Condition 实现线程同步通信 Java 多线程(六)Semaphore 实...
  • 线程进程同步同步和互斥的区别

    千次阅读 2019-03-17 12:04:08
    线程同步方式临界区、互斥量、事件、信号量 1. 临界区的话,任意时间内只允许一个线程访问,临界区在使用时以CRITICAL_SECTION结构对象保护共享资源,并分别用EnterCriticalSection()LeaveCriticalSection...
  • (POSIX中2种线程同步机制) 因线程共享进程的资源、地址空间,所以对该类资源进行操作时,一定要考虑线程间资源访问同步和互斥的问题;(2同步机制也可互相通过调用对方来实现互斥锁:更适合用于同时可用的...
  • 线程同步--协同方式和互斥方式

    千次阅读 2017-08-10 15:23:07
    参考博客:...参考博客:http://www.cnblogs.com/xilentz/archive/2012/11/13/2767317.html  四进程或线程同步互斥的控制方法 线程同步解决多线程并发问题;
  • 1.调用windows API实现多线程 #include "stdafx.h" #include #include #include DWORD WINAPI myfun1(LPVOID lpParameter); //声明线程函数 DWORD WINAPI myfun2(LPVOID lpParameter); using namespace std; ...
  • 线程同步互斥互斥

    万次阅读 2017-05-29 11:13:07
    同步:假设现有线程A和线程B,线程A需要往缓冲区写数据,线程B需要从缓冲区读数据,但他们之间存在一制约关系,即当线程A写的时候,B不能来拿数据;B在拿数据的时候A不能往缓冲区写,也就是说,只有当A写完数据...
  • C++多线程同步几种方式

    千次阅读 2019-12-26 20:25:35
    文章目录Overviewmutexlock_guardunique_lockcondition_variablefuturepromisepackaged_...C++的多线程同步方式这么几种: mutex lock_guard unique_lock condition_variable future promise packaged...
  • Linux多线程编程(二)---线程之间的同步互斥

    万次阅读 多人点赞 2013-07-20 16:15:16
    这里主要介绍Posix中两种线程同步机制,分别为互斥信号量。这两个同步机制可以通过互相调用对方来实现,但互斥锁更适用于同时可用的资源是唯一的情况;信号量更适用于同时可用的资源为个的情况。

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 70,998
精华内容 28,399
关键字:

多线程同步和互斥有几种实现方法