掌控并发的艺术（Linux进程同步机制详解）

什么是进程同步？

简单来说，进程同步就是协调多个进程或线程对共享资源的访问顺序，确保它们不会“打架”。例如，两个线程同时修改同一个变量，可能会导致结果不可预测。通过同步机制，我们可以让它们一个一个来，保证数据的一致性和正确性。

1. 互斥锁（Mutex）

互斥锁是最基础也最常用的同步工具。它的作用就像一把“钥匙”：谁拿到钥匙，谁就能进入临界区（即访问共享资源的代码段），其他人必须等待。

在 Linux 的 POSIX 线程（pthread）库中，互斥锁的使用非常简单：

#include <pthread.h>pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;int shared_data = 0;void* thread_func(void* arg) {    pthread_mutex_lock(&mutex);      // 上锁    shared_data++;                   // 安全地访问共享数据    pthread_mutex_unlock(&mutex);    // 解锁    return NULL;}

上面这段代码中，无论有多少个线程调用 thread_func，每次只有一个线程能执行 shared_data++，从而避免了竞态条件（race condition）。

2. 信号量（Semaphore）

信号量比互斥锁更灵活。它不仅可以实现互斥，还能控制同时访问某个资源的线程数量。信号量内部维护一个计数器，当计数器大于 0 时，线程可以继续执行；否则必须等待。

举个例子：假设你有一个最多容纳 3 人的会议室，信号量初始值设为 3。每进来一个人，计数器减 1；离开时加 1。当计数器为 0 时，其他人就得在外面排队。

#include <semaphore.h>sem_t sem;// 初始化信号量，初始值为 3sem_init(&sem, 0, 3);void* worker(void* arg) {    sem_wait(&sem);   // 请求资源（计数器-1）    // 使用共享资源...    sem_post(&sem);   // 释放资源（计数器+1）    return NULL;}

3. 条件变量（Condition Variable）

有时候，我们不仅需要互斥，还需要“等待某个条件成立再继续”。这时就要用到条件变量。它通常和互斥锁配合使用。

比如：主线程要等子线程完成任务后才继续执行。我们可以用条件变量让主线程“睡着”，直到子线程发出通知。

pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;int task_done = 0;// 子线程void* child(void* arg) {    // 执行任务...    pthread_mutex_lock(&mtx);    task_done = 1;    pthread_cond_signal(&cond);  // 通知等待者    pthread_mutex_unlock(&mtx);    return NULL;}// 主线程pthread_mutex_lock(&mtx);while (task_done == 0) {    pthread_cond_wait(&cond, &mtx);  // 等待条件成立}pthread_mutex_unlock(&mtx);

总结

在 Linux 编程中，合理使用互斥锁、信号量和条件变量等同步机制，是编写稳定、高效并发程序的关键。记住：

• 互斥锁用于保护临界区，确保互斥访问；
• 信号量用于控制资源的并发访问数量；
• 条件变量用于线程间通信，实现“等待-通知”模式。

掌握这些工具，你就迈出了成为系统级程序员的重要一步！希望这篇关于 Linux进程同步 的教程对你有所帮助。