操作系统提供的同步原语包括:互斥锁、读写锁、条件变量、信号量,支持多任务的OS一般都会实现上述几种同步方式。Linux作为多任务、多用户系统,同样实现了上述几种同步方式。对于在Linux系统下编程的程序员来说,可能都或多或少的使用或者听说过这几种方式,对于它们的基本使用方式可能都大体的解了。
但是,这里有一个问题,不知道大家是不是想过,系统为何会同时提供如此之多的同步方式,它们之间的区别和联系是什么?每种同步方式的使用场景是什么?所以,这篇文章不会过多的讲解每种不同方式相关API的使用方式,我们关注的是上面的几个为什么。
1. 互斥锁、条件变量、信号量之间的区别
- 互斥锁必须总是由给他上锁的线程解锁,信号量则不同,信号量的post操作不必由执行过它的等待操作的同一线程执行。意思就是说,对于互斥锁,lock和unlock必须是同一线程;而信号量,post和wait则没有这个要求。
- 互斥锁只存在两种状态,要么被锁住,要么被解锁(二值状态,类似于二值信号量)。
- 既然信号量有一个与之关联的状态(它的计数值),那么信号量post操作不会丢失,总是会被记住;然而对于条件变量,当向一个没有线程等待的条件变量发送信号时,该信号会丢失。
2. 互斥锁、条件变量、信号量之间的联系
- 互斥锁和条件变量一般应用于线程之间的同步,而信号量的主要目的是为进程之间提供一种同步方式。
- 使用互斥锁和条件变量可以在应用层实现信号量,即互斥锁和条件变量可以应用在进程间同步。
- 信号量在基于非共享内存的方式下,同样可以用于线程之间的同步,(参见man 3 sem_init中pshared = 0的情况)。
3.互斥锁、条件变量、信号量各自的应用场景
- 通常情况下,互斥锁和条件变量用于线程之间的同步,信号量则用于进程之间的同步(匿名信号量和具名信号量,详细信息请通过man手册查看)。
- 互斥锁是为上锁而优化过的;条件变量是为等待而优化过的;信号量即可以用于上锁,同样可以用于等待,当然,其可能会导致更多的开销和更高的复杂性,正所谓术业有专攻。
总之,操作系统为我们提供的这些多任务间的同步方式,它们有个各自的特性,同时这些特性也决定了它们的应用场景各不相同,它们有区别也有联系,有的时候甚至可以相互替代。但是,在具体的问题环境下,我们必须权衡它们各自的特点、系统性能以及问题需求,然后做出正确的选择。其实,没有所谓的对错,只有适合与不适合!