Linux系统编程学习札记（十二）线程1
Linux系统编程学习笔记（十二）线程1
线程1：
线程和进程类似，但是线程之间能够共享更多的信息。一个进程中的所有线程可以共享进程文件描述符和内存。
有了多线程控制，我们可以把我们的程序设计成为在一个进程同时做多个任务，每一个线程做一个独立的任务，这种
方式可以有以下好处：
1、通过把每一个事件分配给一个线程处理，可以简化异步事件处理的代码。每一个线程可以用同步编程模型，而同步
编程要比异步编程简单的多。
2、多个进程需要使用复杂的机制来共享内存和文件描述符。而线程可以自动共享同一内存地址空间和文件描述符。
3、有一些问题可以划分以便提高这个程序的吞吐量。一个进程如果有多个任务，需要进行隐式的序列化任务，因为
只有一个线程控制。使用多线程控制，独立的任务可以将每个任务分配一个线程。
4、交互式的进程可以改善响应时间，通过使用多线程将I/O和程序其他部分分开实现处理。
多线程不光可以在多核系统中得到并行的优势，而且在单核系统中，也可以提高系统的吞吐量和响应时间，因为当一个线程
阻塞的时候，另一线程可以占有cpu执行。
线程有一些描述线程和执行环境的信息来表示它，包括线程ID，寄存器值的集合，栈，调度优先级和策略，信号的掩码，errno
变量以及线程特有的一些结构。进程中各个线程共享进程的程序执行文本，程序的全局变量、堆内存、栈和文件描述符。
1、线程标志：
和进程一样，每一个线程都有一个ID。和进程ID是全系统唯一不同，线程ID是在进程内唯一。进程id用pid_t类型来表示，是一个
非负的整数。线程ID由pthread_t数据类型代表，和进程一样实现可能为一个结构，所以把pthread_t类型当做一个整数是不具有可
移植性,所以也没有可移植的打印线程id的方法。这样也需要一个函数来比较两个线程的ID是否相同。
一个线程可以获得使用pthread_self来获得自己的线程id：
这个方法 可以和pthread_equal配合使用，来识别被打上线程标记的数据结构。
2、进程创建：
通过调用pthread_create可以创建一个线程：
创建成功tidp返回线程的id，attr为线程的属性，新创建的进程会运行start_rtn函数，并传入arg作为参数。如果想传入多个参数到start_rtn
函数中，需要将它们存储在一个结构体中，并把地址传到arg中。失败返回error code，而它们不设定errno。每个线程一个errno只是为了兼容
以前的函数而被使用的。多线程中，返回error code要比依赖于全局变量的errno清晰一些。
例子：创建一个线程，并打印进程id、新创建的线程id和主线程id。
这个例子有两个地方比较古怪，主要是为了处理主线程和新创建线程的竞争：1）主线程休眠，以防止主线程终止，导致真个进程的终止，新建的线程没有机会
运行，我们后面介绍pthread_join可以避免这个。2）新的线程获得它的线程id是通过调用pthread_self而不是读取一个共享内存的变量或者传递的参数。这是因为
主线程不能安全的使用ntid，新的线程可能在调用pthread_create返回之前开始运行。
3、进程终止
如果进程内的任何一个线程调用exit，_Exit,_exit，整个进程就会终止。类似的如果信号的默认action是终止进程，那么一个发送到线程的信号会终止整个进程。
只终止一个线程有三种方式：
1、线程简单的返回。返回值就是退出码。
2、线程可以被进程中的另一个线程取消。
3、线程调用pthread_exit。
rval_ptr是一个无类型的指针，和传递到进程的单个参数类似。这个指针可以被调用pthread_join的其他的线程得到。
调用pthread_join的线程会阻塞，直到指定的线程调用了pthread_exit,从start_rtn中返回，或者被取消。
如果线程简单的返回，那么rval_ptr被设置成start_rtn的返回值，如果线程被取消，rval_ptr被设置成
PTHREAD_CANCELED。
通过调用pthread_join，我们自动将线程设置成为detached状态，所以资源会被清除。如果线程已经处于detached状态，
那么pthread_join就会失败，返回EINVAL.
如果我们不关心线程的返回值，那么我们可以把rval_ptr设置为NULL。
无类型的指针传递给pthread_create和pthread_exit，使用它可以传递多个值，这个指针可以指向包含复杂的结构。但是需要注意这个结构在调用返回时仍然合法。如果
这个结构是在调用者的栈中，内存的内容在使用的可能时候已经被改变。比如一个线程申请在栈中申请了一个结构，然后将结构的指针传递给pthread_exit，接着这个
栈在调用thread_join的时候可能已经被销毁。
例子：
一个线程可以可以使用pthread_cancel来取消同一进程中的其他线程。
在默认的条件下，pthread_cancle将会使由tid指定的线程像调用了pthread_exit(PTHREAD_CANCELED)一样，但是一个线程可以选择忽略和如果控制被取消。pthread_cancel
并不等待线程的终止，而只是发送一个请求。
一个线程可以注册函数，当它终止的时候被调用，这个和进程使用atexit注册函数，当进程终止的时候调用类似。这个函数比较出名的就是线程清理函数。一个线程可以
加入多个线程清理函数，这个清理函数保存在栈中，所以执行的顺序和注册的顺序相反：
pthread_cleanup_push来注册清理函数rtn,这个函数有一个参数arg。但一下三种情形之一发生时，注册的清理函数被执行：
1)调用pthread_exit
2)作为对取消线程请求(pthread_cancel)的响应。
3)以非0参数调用pthread_cleanup_pop。
如果pthread_cleanup_pop被传递0参数，则清除函数不会被调用，但是仍然会清除处于栈顶的清理函数。
一个限制是这两个函数可能被实现为一个宏，所以在线程的同一作用域必须以匹配的成对出现。pthread_cleanup_push可能有{,而pthread_cleanup_pop可能有匹配这个
字符的}字符。
如果线程从开始例程(start routine)中返回(by return statement)，清理函数不会被调用。
线程的终止状态，直到pthread_join被调用的时候才能得到。如果一个线程已经被detached,这个线程的空间将会被回收。pthread_join不能等待detached的线程，获得其
终止状态。pthread_join一个detached线程将会失败，并返回EINVAL,我们可以通过pthread_detach来detach一个线程：
4、线程同步
当多个线程共享相同的内存时，我们需要保证每一个线程都看到一个一致的数据。如果一个线程的变量别的线程不能够读写，或者变量时只读的，那么不会有不一致的状态。
然而一个线程可以修改一个变量，而其他的进程同时可以读取或者修改它，我们需要同步线程来保证它们访问变量，使用的是一个合法的值。
1)互斥量（Mutexes):
我们可以通过pthread提供的互斥量接口来保护我们的数据，确保每次只有一个线程访问。一个mutex基本上是一个锁，我们在访问共享数据的时候设置（上锁），在访问完成
后释放（解锁）。当我们解锁的互斥量的时候，当有多余一个的线程被阻塞时，所有阻塞在这个锁的进程都被唤醒，变成可以运行的状态，只有一个线程开始运行并设置锁，
其他的看到互斥量仍然是被锁定，继续等待。
互斥量使用pthread_mutex_t数据类型，在我们使用一个互斥量变量时，我们必须先初始化它，可以初始化为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER（静态初始化）或者调用
pthread_mutext_init,如果我们动态申请了互斥量，我们需要调用pthread_mutext_destory来销毁它：
如果想使用默认的属性来初始化互斥量，我们把attr设置为NULL。
例子：
1)静态初始化
2)动态初始化：
想给一个互斥量上锁，我们调用pthread_mutex_lock.如果mutex已经上锁，调用的线程将会被阻塞，直至信号量解锁。要解锁一个信号量，我们调用phtread_mutex_unlock
一个线程如果lock一个已经上锁的互斥量，不想被阻塞，那么可以使用pthread_mutex_trylock，如果调用它的时候没有被上锁，就锁住这个互斥量，如果已经上锁，
就会失败，并返回EBUSY。
例子：
我们使用mutex来保护数据结构：当多个进程需要访问动态申请的结构，我们嵌入了引用计数，来保证知道所有线程都使用完它时，我们才释放它。
2）读写锁：
读写锁也叫共享-排他锁，和互斥量类似，除了它可以提供更高的并行性。使用mutex，它的状态要么处于锁住和未锁状态，只有一个线程可以上锁。而读
写锁有更多的状态：在读状态锁住，在写状态锁住，未锁住。只有一个线程可以获得写锁，多个线程可以同时获得读锁。当读写锁处于写锁住状态，所有
试图上锁的进程都被阻塞，当读写锁处于读锁住状态时，所有试图上读状态的锁成功，但是试图获得写状态锁将会被阻塞，直到所有的读进程都释放读状
态锁，此后来到试图上读锁的线程也被阻塞。
读写锁适合读比写频繁情形。读写锁和互斥量一样也需要在使用前初始化，在释放他们内存的时候销毁。
一个读写锁可以调用pthread_rwlock_init来初始化，我们可以传递NULL作为attr的参数，这样会使用读写锁的默认属性。
我们可以调用pthread_rwlock_destroy来清理，销毁它所占的内存空间。
上锁：
实现上可能会对读写锁中读模式的锁锁住次数有一定的限制，所以我们需要检查返回值，以确定是否成功。而其他的两个函数
会返回错误，但是只要我们的锁设计的恰当，我们可以不必做检查。
Single UNIX规范另外两个读写锁原语：
当锁成功获取时，返回0，否则返回EBUSY。这两个函数使用在一个上锁的结构不能够保证产生死锁的时候，它可以避免死锁。
3）条件变量：
条件变量时另一中线程同步的机制，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。条件变量本身需要互斥量的保护，线程在改变条件前必须首先锁住互斥量，
且只有在锁住互斥量以后才能计算条件。条件变量使用之前必须首先进行初始化，pthread_cond_t数据类型代表的条件变量可以用两种方式初始化。
可以把常量PTHREAD_COND_INITIALIZER赋给静态分配的条件变量，但是如果条件变量是动态分配的，可以使用pthread_cond_init函数进行初始化。
在释放底层的内存空间前，可以使用pthread_mutex_destroy函数对条件变量进行销毁。除非需要创建一个非默认属性的条件变量，否则pthread_cond_init
函数的attr参数可以设置为NULL。
成功返回0，失败返回错误码。使用pthread_cond_wait等待条件变为真，如果在给定时间内条件不能满足，那么会生成一个代表出错码的返回值。
调用者需要把锁住的互斥量传给pthread_cond_wait对条件进行保护。函数把调用线程放到等待条件的线程列表上，然后对互斥量解锁，这两个操作
是原子操作。当pthread_cond_wait返回时，互斥量再次被锁住。
pthread_cond_timedwait函数的工作方式与pthread_cond_wait函数相似。timeout值指定了等待的时间，它通过timespec结构指定。时间值用秒数或者
分秒数表示，分秒数的单位是纳秒。时间值是一个绝对数而不是相对数。可以使用gettimeofday获取用timeval结构表示的当前时间，然后把这个时间加
上要等待的时间转换成timespec结构:
如果时间值到了但是条件还没有出现，pthread_cond_timedwait将重新获取互斥量，然后返回错误ETIMEDOUT。从pthread_cond_wait或者pthread_cond_timedwait
调用成功返回时，线程需要重新计算条件，因为其它线程可能已经在运行并改变了条件。pthread_cond_signal函数将唤醒等待该条件的某个线程，而pthread_cond_broadcast
函数将唤醒等待该条件的所有线程。必须注意一定要在改变条件状态以后再唤醒等待线程
例子：
参考：
《Advanced programming in Unix Environment 2ed》第11章
线程1：
线程和进程类似，但是线程之间能够共享更多的信息。一个进程中的所有线程可以共享进程文件描述符和内存。
有了多线程控制，我们可以把我们的程序设计成为在一个进程同时做多个任务，每一个线程做一个独立的任务，这种
方式可以有以下好处：
1、通过把每一个事件分配给一个线程处理，可以简化异步事件处理的代码。每一个线程可以用同步编程模型，而同步
编程要比异步编程简单的多。
2、多个进程需要使用复杂的机制来共享内存和文件描述符。而线程可以自动共享同一内存地址空间和文件描述符。
3、有一些问题可以划分以便提高这个程序的吞吐量。一个进程如果有多个任务，需要进行隐式的序列化任务，因为
只有一个线程控制。使用多线程控制，独立的任务可以将每个任务分配一个线程。
4、交互式的进程可以改善响应时间，通过使用多线程将I/O和程序其他部分分开实现处理。
多线程不光可以在多核系统中得到并行的优势，而且在单核系统中，也可以提高系统的吞吐量和响应时间，因为当一个线程
阻塞的时候，另一线程可以占有cpu执行。
线程有一些描述线程和执行环境的信息来表示它，包括线程ID，寄存器值的集合，栈，调度优先级和策略，信号的掩码，errno
变量以及线程特有的一些结构。进程中各个线程共享进程的程序执行文本，程序的全局变量、堆内存、栈和文件描述符。
1、线程标志：
和进程一样，每一个线程都有一个ID。和进程ID是全系统唯一不同，线程ID是在进程内唯一。进程id用pid_t类型来表示，是一个
非负的整数。线程ID由pthread_t数据类型代表，和进程一样实现可能为一个结构，所以把pthread_t类型当做一个整数是不具有可
移植性,所以也没有可移植的打印线程id的方法。这样也需要一个函数来比较两个线程的ID是否相同。
#include <pthread.h> int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2);
一个线程可以获得使用pthread_self来获得自己的线程id：
#include <pthread.h> pthread_t pthread_self();
这个方法 可以和pthread_equal配合使用，来识别被打上线程标记的数据结构。
2、进程创建：
通过调用pthread_create可以创建一个线程：
#include <pthread.h> int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void *),void *restrict arg);
创建成功tidp返回线程的id，attr为线程的属性，新创建的进程会运行start_rtn函数，并传入arg作为参数。如果想传入多个参数到start_rtn
函数中，需要将它们存储在一个结构体中，并把地址传到arg中。失败返回error code，而它们不设定errno。每个线程一个errno只是为了兼容
以前的函数而被使用的。多线程中，返回error code要比依赖于全局变量的errno清晰一些。
例子：创建一个线程，并打印进程id、新创建的线程id和主线程id。
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
pthread_t ntid;
void printids(const char *s){
pid_t pid;
pthread_t tid;
pid = getpid();
tid = pthread_self();
printf("%s pid %u tid (0x%x) \n",s,(unsigned int)pid,(unsigned int)tid);
}
void * thr_fn(void *arg){
printids("new thread: ");
return ((void *) 0);
}
int main(void){
int err;
err = pthread_create(&ntid, NULL, thr_fn, NULL);
if(err != 0){
fprintf(stderr,"create pthread failed: %s",strerror(err));
exit(1);
}
printids("main thread: ");
sleep(1);
exit(0);
}
这个例子有两个地方比较古怪，主要是为了处理主线程和新创建线程的竞争：1）主线程休眠，以防止主线程终止，导致真个进程的终止，新建的线程没有机会
运行，我们后面介绍pthread_join可以避免这个。2）新的线程获得它的线程id是通过调用pthread_self而不是读取一个共享内存的变量或者传递的参数。这是因为
主线程不能安全的使用ntid，新的线程可能在调用pthread_create返回之前开始运行。
3、进程终止
如果进程内的任何一个线程调用exit，_Exit,_exit，整个进程就会终止。类似的如果信号的默认action是终止进程，那么一个发送到线程的信号会终止整个进程。
只终止一个线程有三种方式：
1、线程简单的返回。返回值就是退出码。
2、线程可以被进程中的另一个线程取消。
3、线程调用pthread_exit。
#include <phtread.h> void pthread_exit(void *rval_ptr);
rval_ptr是一个无类型的指针，和传递到进程的单个参数类似。这个指针可以被调用pthread_join的其他的线程得到。
#include <pthread.h> int pthread_join(pthread_t thread,void **rval_ptr);
调用pthread_join的线程会阻塞，直到指定的线程调用了pthread_exit,从start_rtn中返回，或者被取消。
如果线程简单的返回，那么rval_ptr被设置成start_rtn的返回值，如果线程被取消，rval_ptr被设置成
PTHREAD_CANCELED。
通过调用pthread_join，我们自动将线程设置成为detached状态，所以资源会被清除。如果线程已经处于detached状态，
那么pthread_join就会失败，返回EINVAL.
如果我们不关心线程的返回值，那么我们可以把rval_ptr设置为NULL。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
void * thr_fun1(void *arg){
printf("Thread 1 returning...\n");
return ((void *)1);
}
void * thr_fun2(void *arg){
printf("Thread 2 exiting...\n");
pthread_exit((void *) 2);
}
int main(void){
int err;
pthread_t tid1,tid2;
void *tret;
err = pthread_create(&tid1,NULL,thr_fun1,NULL);
if(err != 0){
fprintf(stderr,"create thread1 failed: %s",strerror(err));
exit(1);
}
err = pthread_create(&tid2,NULL,thr_fun2,NULL);
if(err != 0){
fprintf(stderr,"create thread2 failed: %s",strerror(err));
exit(1);
}
err = pthread_join(tid1,&tret);
if( err != 0 ){
fprintf(stderr,"join thread1 failed: %s",strerror(err));
exit(1);
}
printf("Thread 1 exit code %d\n",(int)tret);
err = pthread_join(tid2,&tret);
if( err != 0 ){
fprintf(stderr,"join thread2 failed: %s",strerror(err));
exit(1);
}
printf("Thread 2 exit code %d\n",(int)tret);
exit(0);
}
无类型的指针传递给pthread_create和pthread_exit，使用它可以传递多个值，这个指针可以指向包含复杂的结构。但是需要注意这个结构在调用返回时仍然合法。如果
这个结构是在调用者的栈中，内存的内容在使用的可能时候已经被改变。比如一个线程申请在栈中申请了一个结构，然后将结构的指针传递给pthread_exit，接着这个
栈在调用thread_join的时候可能已经被销毁。
例子：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
struct foo{
int a,b,c,d;
};
void printfoo(const char *s, const struct foo *fp){
printf("%s",s);
printf(" structure at 0x%x\n",(unsigned) fp);
printf(" foo.a = %d\n", fp->a);
printf(" foo.b = %d\n", fp->b);
printf(" foo.c = %d\n", fp->c);
printf(" foo.d = %d\n", fp->d);
}
void *thr_fn1(void *arg){
struct foo foo = {1,2,3,4};
printfoo("thread 1:\n",&foo);
pthread_exit((void *)&foo);
}
void *thr_fn2(void *arg){
printf("thread 2: ID is %u\n",(unsigned)pthread_self());
pthread_exit((void *)0);
}
int main(void){
int err;
pthread_t tid1,tid2;
struct foo *fp;
err = pthread_create(&tid1,NULL,thr_fn1,NULL);
if(err != 0){
fprintf(stderr,"create thread1 failed: %s",strerror(err));
exit(1);
}
err = pthread_join(tid1,(void *)&fp);
if(err != 0){
fprintf(stderr,"thread_join failed: %s",strerror(err));
exit(1);
}
sleep(1);
printf("Parent starting second thread\n");
err = pthread_create(&tid2,NULL,thr_fn2,NULL);
if(err != 0){
fprintf(stderr,"create thread2 failed: %s",strerror(err));
exit(1);
}
sleep(1);
printfoo("Parent:\n",fp);
exit(0);
}
一个线程可以可以使用pthread_cancel来取消同一进程中的其他线程。
#include <pthread.h> int pthread_cancel(pthread_t tid);
在默认的条件下，pthread_cancle将会使由tid指定的线程像调用了pthread_exit(PTHREAD_CANCELED)一样，但是一个线程可以选择忽略和如果控制被取消。pthread_cancel
并不等待线程的终止，而只是发送一个请求。
一个线程可以注册函数，当它终止的时候被调用，这个和进程使用atexit注册函数，当进程终止的时候调用类似。这个函数比较出名的就是线程清理函数。一个线程可以
加入多个线程清理函数，这个清理函数保存在栈中，所以执行的顺序和注册的顺序相反：
#include <pthread.h> void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void *), void arg); void pthread_cleanup_pop(int execute);
pthread_cleanup_push来注册清理函数rtn,这个函数有一个参数arg。但一下三种情形之一发生时，注册的清理函数被执行：
1)调用pthread_exit
2)作为对取消线程请求(pthread_cancel)的响应。
3)以非0参数调用pthread_cleanup_pop。
如果pthread_cleanup_pop被传递0参数，则清除函数不会被调用，但是仍然会清除处于栈顶的清理函数。
一个限制是这两个函数可能被实现为一个宏，所以在线程的同一作用域必须以匹配的成对出现。pthread_cleanup_push可能有{,而pthread_cleanup_pop可能有匹配这个
字符的}字符。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
void cleanup(void *arg){
printf("cleanup: %s\n",(char *)arg);
}
void *thr_fn1(void *arg){
printf("thread 1 start\n");
pthread_cleanup_push(cleanup,"thread 1 first handler");
pthread_cleanup_push(cleanup,"thread 1 second handler");
printf("thread 1 push complete\n");
if(arg)
return ((void *)1);
pthread_cleanup_pop(1);
pthread_cleanup_pop(1);
return ((void *)1);
}
void *thr_fn2(void *arg){
printf("thread 2 start\n");
pthread_cleanup_push(cleanup,"thread 2 first handler");
pthread_cleanup_push(cleanup,"thread 2 second handler");
printf("thread 2 push complete\n");
if(arg){
pthread_exit((void *)2);
}
pthread_cleanup_pop(0);
pthread_cleanup_pop(0);
pthread_exit((void *) 2);
}
int main(void){
int err;
pthread_t tid1,tid2;
void *tret;
err = pthread_create(&tid1,NULL,thr_fn1,(void *)1);
if( err != 0){
fprintf(stderr,"create thread1 failed: %s",strerror(err));
exit(1);
}
err = pthread_create(&tid2,NULL,thr_fn2,(void *)2);
if(err != 0){
fprintf(stderr,"create thread 2 failed: %s",strerror(err));
exit(1);
}
err = pthread_join(tid1,&tret);
if(err != 0){
fprintf(stderr,"thread1 join failed: %s",strerror(err));
exit(1);
}
printf("thread 1 exit code %d\n",(int)tret);
err = pthread_join(tid2,&tret);
if(err != 0){
fprintf(stderr,"thread2 join failed: %s",strerror(err));
exit(1);
}
printf("thread 2 exit code %d\n",(int) tret);
exit(0);
}
如果线程从开始例程(start routine)中返回(by return statement)，清理函数不会被调用。
线程的终止状态，直到pthread_join被调用的时候才能得到。如果一个线程已经被detached,这个线程的空间将会被回收。pthread_join不能等待detached的线程，获得其
终止状态。pthread_join一个detached线程将会失败，并返回EINVAL,我们可以通过pthread_detach来detach一个线程：
#include <pthread.h> int pthread_detach(pthread_t tid);
4、线程同步
当多个线程共享相同的内存时，我们需要保证每一个线程都看到一个一致的数据。如果一个线程的变量别的线程不能够读写，或者变量时只读的，那么不会有不一致的状态。
然而一个线程可以修改一个变量，而其他的进程同时可以读取或者修改它，我们需要同步线程来保证它们访问变量，使用的是一个合法的值。
1)互斥量（Mutexes):
我们可以通过pthread提供的互斥量接口来保护我们的数据，确保每次只有一个线程访问。一个mutex基本上是一个锁，我们在访问共享数据的时候设置（上锁），在访问完成
后释放（解锁）。当我们解锁的互斥量的时候，当有多余一个的线程被阻塞时，所有阻塞在这个锁的进程都被唤醒，变成可以运行的状态，只有一个线程开始运行并设置锁，
其他的看到互斥量仍然是被锁定，继续等待。
互斥量使用pthread_mutex_t数据类型，在我们使用一个互斥量变量时，我们必须先初始化它，可以初始化为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER（静态初始化）或者调用
pthread_mutext_init,如果我们动态申请了互斥量，我们需要调用pthread_mutext_destory来销毁它：
#include <pthread.h> int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t * restrict attr); int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mutex);
如果想使用默认的属性来初始化互斥量，我们把attr设置为NULL。
例子：
1)静态初始化
pthread_mutex_t mylock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
2)动态初始化：
int error; pthread_mutex_t mylock; if (error = pthread_mutex_init(&mylock, NULL)) fprintf(stderr, "Failed to initialize mylock:%s\n", strerror(error));
想给一个互斥量上锁，我们调用pthread_mutex_lock.如果mutex已经上锁，调用的线程将会被阻塞，直至信号量解锁。要解锁一个信号量，我们调用phtread_mutex_unlock
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
一个线程如果lock一个已经上锁的互斥量，不想被阻塞，那么可以使用pthread_mutex_trylock，如果调用它的时候没有被上锁，就锁住这个互斥量，如果已经上锁，
就会失败，并返回EBUSY。
例子：
我们使用mutex来保护数据结构：当多个进程需要访问动态申请的结构，我们嵌入了引用计数，来保证知道所有线程都使用完它时，我们才释放它。
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
struct foo{
int f_count;
pthread_mutex_t f_lock;
/* ...more stuff here... */
};
struct foo * foo_alloc(void){
struct foo *fp;
if((fp = malloc(sizeof(struct foo))) != NULL){
fp->f_count = 1;
if(pthread_mutex_init(&fp->f_lock,NULL) != 0){
free(fp);
return NULL;
}
}
return fp;
}
void foo_hold(struct foo *fp){
pthread_mutex_lock(&fp->f_lock);
fp->f_count++;
pthread_mutex_unlock(&fp->f_lock);
}
void foo_rele(struct foo *fp){
pthread_mutex_lock(&fp->f_lock);
if(--fp->f_count == 0){
pthread_mutex_unlock(&fp->f_lock);
pthread_mutex_destroy(&fp->f_lock);
free(fp);
}else{
pthread_mutex_unlock(&fp->f_lock);
}
}
2）读写锁：
读写锁也叫共享-排他锁，和互斥量类似，除了它可以提供更高的并行性。使用mutex，它的状态要么处于锁住和未锁状态，只有一个线程可以上锁。而读
写锁有更多的状态：在读状态锁住，在写状态锁住，未锁住。只有一个线程可以获得写锁，多个线程可以同时获得读锁。当读写锁处于写锁住状态，所有
试图上锁的进程都被阻塞，当读写锁处于读锁住状态时，所有试图上读状态的锁成功，但是试图获得写状态锁将会被阻塞，直到所有的读进程都释放读状
态锁，此后来到试图上读锁的线程也被阻塞。
读写锁适合读比写频繁情形。读写锁和互斥量一样也需要在使用前初始化，在释放他们内存的时候销毁。
#include <pthread.h> int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr); int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *restrict rwlock);
一个读写锁可以调用pthread_rwlock_init来初始化，我们可以传递NULL作为attr的参数，这样会使用读写锁的默认属性。
我们可以调用pthread_rwlock_destroy来清理，销毁它所占的内存空间。
上锁：
#include <pthread.h> int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
实现上可能会对读写锁中读模式的锁锁住次数有一定的限制，所以我们需要检查返回值，以确定是否成功。而其他的两个函数
会返回错误，但是只要我们的锁设计的恰当，我们可以不必做检查。
Single UNIX规范另外两个读写锁原语：
#include <pthread.h> int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
当锁成功获取时，返回0，否则返回EBUSY。这两个函数使用在一个上锁的结构不能够保证产生死锁的时候，它可以避免死锁。
3）条件变量：
条件变量时另一中线程同步的机制，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。条件变量本身需要互斥量的保护，线程在改变条件前必须首先锁住互斥量，
且只有在锁住互斥量以后才能计算条件。条件变量使用之前必须首先进行初始化，pthread_cond_t数据类型代表的条件变量可以用两种方式初始化。
可以把常量PTHREAD_COND_INITIALIZER赋给静态分配的条件变量，但是如果条件变量是动态分配的，可以使用pthread_cond_init函数进行初始化。
在释放底层的内存空间前，可以使用pthread_mutex_destroy函数对条件变量进行销毁。除非需要创建一个非默认属性的条件变量，否则pthread_cond_init
函数的attr参数可以设置为NULL。
#include <pthread.h>
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,
pthread_condattr_t *restrict attr);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
成功返回0，失败返回错误码。使用pthread_cond_wait等待条件变为真，如果在给定时间内条件不能满足，那么会生成一个代表出错码的返回值。
调用者需要把锁住的互斥量传给pthread_cond_wait对条件进行保护。函数把调用线程放到等待条件的线程列表上，然后对互斥量解锁，这两个操作
是原子操作。当pthread_cond_wait返回时，互斥量再次被锁住。
#include <pthread.h> int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex); int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t * restict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex,const struct timespec * restrict timeout);
pthread_cond_timedwait函数的工作方式与pthread_cond_wait函数相似。timeout值指定了等待的时间，它通过timespec结构指定。时间值用秒数或者
分秒数表示，分秒数的单位是纳秒。时间值是一个绝对数而不是相对数。可以使用gettimeofday获取用timeval结构表示的当前时间，然后把这个时间加
上要等待的时间转换成timespec结构:
void maketimeout(struct timespec *tsp, long minutes){
struct timeval now;
/* get the current time */
gettimeofday(&now);
tsp->tv_sec = now.tv_sec;
tsp->tv_nsec = now.tv_usec * 10000; /* usec to nsec */
tsp->tv_sec += minutes * 60;
}
如果时间值到了但是条件还没有出现，pthread_cond_timedwait将重新获取互斥量，然后返回错误ETIMEDOUT。从pthread_cond_wait或者pthread_cond_timedwait
调用成功返回时，线程需要重新计算条件，因为其它线程可能已经在运行并改变了条件。pthread_cond_signal函数将唤醒等待该条件的某个线程，而pthread_cond_broadcast
函数将唤醒等待该条件的所有线程。必须注意一定要在改变条件状态以后再唤醒等待线程
#include <pthread.h> int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
例子：
#include <pthread.h>
struct msg {
struct msg *m_next;
/* ... more stuff here ... */
};
struct msg *workq;
pthread_cond_t qready = PTHREAD_COND_INITIALIZER; /*初始化条件变量*/
pthread_mutex_t qlock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; /*初始化互斥量*/
void process_msg(void)
{
struct msg *mp;
for (;;) {
pthread_mutex_lock(&qlock); /*条件本身由互斥量保护*/
while (workq == NULL) /*wait返回后要重新检查条件*/
pthread_cond_wait(&qready, &qlock); /*wait期间释放互斥量，返回时再次锁住*/
mp = workq;
workq = mp->m_next;
pthread_mutex_unlock(&qlock); /*真正释放互斥量*/
/* now process the message mp */
}
}
void enqueue_msg(struct msg *mp)
{
pthread_mutex_lock(&qlock); /*修改条件前锁住互斥量*/
mp->m_next = workq;
workq = mp;
pthread_mutex_unlock(&qlock);
pthread_cond_signal(&qready); /*唤醒等待线程时不需要占有互斥量*/
/*如果希望在wait返回时不用再检查条件，就需要在唤醒时占有互斥量*/
}
参考：
《Advanced programming in Unix Environment 2ed》第11章
1 楼
zhu_jinlong
2010-05-14
博主写得好！继续写下去！