IO进程线程day7（2023.8.4）

一、Xmind整理：

二、课上练习：

练习1：创建两个线程：其中一个线程拷贝前半部分，另一个线程拷贝后半部分。

            只允许开一份资源，且用互斥锁方式实现。 提示：找临界区--->找临界资源。

#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <head.h>
#include <pthread.h>//定义一个结构体，传入到线程中
struct Msg
{int fd_r;int fd_w;off_t size;
};//定义互斥锁
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//拷贝前半部分
void* callBack1(void* arg)      //void* arg = &fileinfo
{int fd_r = ((struct Msg*)arg)->fd_r;int fd_w = ((struct Msg*)arg)->fd_w;off_t size = ((struct Msg*)arg)->size;//修改文件偏移量到文件开头位置off_t offset = 0;char c = 0;for(int i = 0; i<size/2; i++){/*********临界区****************/pthread_mutex_lock(&mutex);     //上锁lseek(fd_r, offset, SEEK_SET);lseek(fd_w, offset, SEEK_SET);read(fd_r, &c, 1);write(fd_w, &c, 1);offset = lseek(fd_r, 0, SEEK_CUR);pthread_mutex_unlock(&mutex);   //解锁/*********临界区****************/}printf("前半部分拷贝完毕\n");pthread_exit(NULL);
}//拷贝后半部分
void* callBack2(void* arg)      //void* arg = &fileinfo
{int fd_r = ((struct Msg*)arg)->fd_r;int fd_w = ((struct Msg*)arg)->fd_w;off_t size = ((struct Msg*)arg)->size;//修改文件偏移量到sizee/2位置off_t offset = size/2;char c = 0;for(int i = size/2; i<size; i++){/*********临界区****************/pthread_mutex_lock(&mutex);     //上锁lseek(fd_r, offset, SEEK_SET);lseek(fd_w, offset, SEEK_SET);read(fd_r, &c, 1);write(fd_w, &c, 1);offset = lseek(fd_r, 0, SEEK_CUR);pthread_mutex_unlock(&mutex);   //解锁/*********临界区****************/}printf("后半部分拷贝完毕\n");pthread_exit(NULL);
}int main(int argc, const char *argv[])
{//以读的方式打开源文件int fd_r = open("./1.png", O_RDONLY);if(fd_r < 0){ERR_MSG("open");return -1;}//以写的方式打开目标文件int fd_w = open("./copy.png", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0664);if(fd_w < 0){ERR_MSG("open");return -1;}off_t size = lseek(fd_r, 0, SEEK_END);struct Msg fileinfo;fileinfo.fd_r = fd_r;fileinfo.fd_w = fd_w;fileinfo.size = size;//创建一个线程pthread_t tid1, tid2;if(pthread_create(&tid1, NULL, callBack1, &fileinfo) != 0){fprintf(stderr, "pthread_create failed __%d__\n", __LINE__);return -1;}                                                                       if(pthread_create(&tid2, NULL, callBack2, &fileinfo) != 0){fprintf(stderr, "pthread_create failed __%d__\n", __LINE__);return -1;}//阻塞等待分支线程退出pthread_join(tid2, NULL);pthread_join(tid1, NULL);//销毁互斥锁pthread_mutex_destroy(&mutex);//关闭文件close(fd_r);close(fd_w);return 0;
}

练习2：sem_init

功能：创建并初始化信号量

原型:

#include <semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

参数：

sem_t *sem：存储申请后的信号量;
int pshared：共享标识
0：信号量用于同一个进程下的线程的同步互斥；
非0：用于进程间的同步互斥机制;
unsigned int value：信号量的初始值;

返回值：

成功，返回0；
失败，返回-1，更新errno;

练习3：sem_wait（P操作）

功能：申请信号量，若申请成功，信号量的值-1

当信号量的值大于0，则申请信号量成功，信号量的值-1；

当信号量的值等于0，则申请信号量操作会阻塞，线程进入休眠等待信号量的值大于0，解除阻塞。

原型:

#include <semaphore.h>
int sem_wait(sem_t *sem);

参数：

sem_t *sem：指定要操作哪个信号灯;

返回值：

成功，返回0;
失败，返回-1，更新errno;

练习4：sem_post（V操作）

功能：释放信号灯的值

原型:

#include <semaphore.h>
int sem_post(sem_t *sem);

返回值：

 成功，返回0;失败，返回-1，更新errno;

练习5：sem_destroy

原型:

#include <semaphore.h>
int sem_destroy(sem_t *sem);

小练：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
void* CallBack(void* arg)   //void* arg = &sem;
{sleep(3);//V操作if(sem_post((sem_t*)arg)<0){perror("sem_post");return NULL;}printf("V operation success __%d__\n",__LINE__);pthread_exit(NULL);
}int main(int argc, const char *argv[])                                     
{sem_t sem;if(sem_init(&sem,0,2)<0){perror("sem_init");return -1;}printf("sem_init success __%d__\n",__LINE__);//创建一个线程，3s后V一次pthread_t tid;if(pthread_create(&tid,NULL,CallBack,(void*)&sem) != 0){fprintf(stderr,"pthread_create failed:__%d__\n",__LINE__);return -1;}//P操作 if(sem_wait(&sem)<0){perror("sem_wait");return -1;}printf("P operation success __%d__\n",__LINE__);//P操作if(sem_wait(&sem)<0){perror("sem_wait");return -1;}printf("P operation success __%d__\n",__LINE__);//P操作if(sem_wait(&sem)<0){perror("sem_wait");return -1;}printf("P operation success __%d__\n",__LINE__);pthread_join(tid,NULL);sem_destroy(&sem);return 0;
}

练习6：先打印1234567，后打印7654321

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
//临界资源
char buf[]="1234567";void* CallBack1(void* arg)
{while(1){/**********临界区*********///p操作if(sem_wait((sem_t*)arg)<0){perror("sem_wait");return NULL;}printf("%s\n",buf);//v操作if(sem_post((sem_t*)arg)<0){perror("sem_post");return NULL;}/**********临界区*********/}pthread_exit(NULL);
}
void* CallBack2(void* arg)
{char tmp=0;while(1){/**********临界区*********///p操作if(sem_wait((sem_t*)arg)<0){perror("sem_wait");return NULL;}for(int i=0;i<strlen(buf)/2;i++){tmp=buf[i];buf[i]=buf[strlen(buf)-1-i];buf[strlen(buf)-1-i]=tmp;}//v操作if(sem_post((sem_t*)arg)<0){perror("sem_post");return NULL;}/**********临界区*********/}pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc, const char *argv[])
{sem_t sem;if(sem_init(&sem,0,1)<0){perror("sem_init");return -1;}printf("sem_init success   __%d__\n",__LINE__);//创建线程pthread_t tid1,tid2;if(pthread_create(&tid1,NULL,CallBack1,(void*)&sem) != 0){fprintf(stderr,"pthread_create failed:__%d__\n",__LINE__);return -1;}pthread_detach(tid1);  //分离线程1if(pthread_create(&tid2,NULL,CallBack2,(void*)&sem) != 0){fprintf(stderr,"pthread_create failed:__%d__\n",__LINE__);return -1;}pthread_join(tid2,NULL);        //阻塞等待线程2退出//销毁信号量sem_destroy(&sem);return 0;
}

练习7：pthread_cond_init

功能：创建并初始化一个条件变量（唤醒条件）

原型：

#include <pthread.h>
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);

参数：

pthread_cond_t *cond：指定存储创建并初始化后的条件变量;
pthread_condattr_t *cond_attr：条件变量属性，设置条件变量适用于进程间还是线程间的同步互斥。填NULL，默认属性，用于线程

返回值：

成功，返回0;
失败，返回非0，没有说更新errno，所以不要用perror打印错误。

练习8：pthread_cond_wait

功能：阻塞函数，让当前线程进入休眠阶段，并设置一个条件变量，等待被唤醒

原型：

#include <pthread.h>
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);

参数：

pthread_cond_t *cond：指定条件变量; 我们一般称 该线程睡在该条件变量上;
pthread_mutex_t *mutex：指定要解开的互斥锁；

返回值：

成功，返回0;
失败，返回非0，没有说更新errno，所以不要用perror打印错误。

函数步骤： 

1.解开互斥锁，同时让当前线程进入休眠阶段等待被唤醒。（原子操作：原子从操作是指不会被调度机制打断的操作）

2.等待被指定条件变量唤醒

3.当其他线程pthread_cond_signal的时候，线程会从cond_wait队列移动到mutex_lock队列中，且signal计数器+1，线程尝试上锁

4.若上锁成功，则线程完全被唤醒，此时线程会从当前位置继续往后执行，且signal计数器-1;

5.若上锁失败，则线程会重新回到cond_wait队列上继续休眠，等待下一次唤醒。

ps：如果上述不能理解，则简化版：pthread_cond_signal肯定会随机唤醒一个睡在cond上的线程。

练习9：pthread_conde_signal

功能：通过指定条件变量，唤醒睡在该条件变量上的某个线程

原型：

#include <pthread.h>
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

参数：

pthread_cond_t *cond：唤醒睡在哪个条件变量上的线程;

返回值：

成功，返回0;
失败，返回非0，没有说更新errno，所以不要用perror打印错误。

练习10：pthread_cond_destroy

功能：销毁条件变量

原型：

#include <pthread.h>
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

小练1：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
//临界资源
char buf[]="1234567";
//互斥锁          方式2
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;                                               
//条件变量创建　　方式2
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int flag = 0;  //限制访问时机
void* CallBack1(void* arg)
{while(1){/**********临界区*********///上锁pthread_mutex_lock(&mutex);if(flag !=0){//让线程进入休眠等待阶段，同时解开互斥锁//设置一个唤醒条件pthread_cond_wait(&cond,&mutex);//当被唤醒的时候，会立即尝试上锁//上锁成功，则唤醒成功，则从当前位置继续往后执行//上锁失败，则重新回到cond上继续休眠，等待下一次唤醒}printf("%s\n",buf);flag = 1;//唤醒睡在cond上的线程pthread_cond_signal(&cond);//目前大家暂时理解为：只要唤醒成功了，对方线程肯定能上锁成功//解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);/**********临界区*********/}pthread_exit(NULL);
}
void* CallBack2(void* arg)
{char* start,*end;char tmp=0;while(1){/**********临界区*********///上锁pthread_mutex_lock(&mutex);if(flag !=1){//让线程进入休眠等待阶段，同时解开互斥锁//设置一个唤醒条件pthread_cond_wait(&cond,&mutex);//当被唤醒的时候，会立即尝试上锁//上锁成功，则唤醒成功，则从当前位置继续往后执行//上锁失败，则重新回到cond上继续休眠，等待下一次唤醒}start = buf;end = buf+strlen(buf)-1;while(start < end){tmp = *start;*start = *end;*end = tmp;start++;end--;}flag = 0;//唤醒睡在cond上的线程pthread_cond_signal(&cond);//目前大家暂时理解为：只要唤醒成功了，对方线程肯定能上锁成功//解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);/**********临界区*********/}pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc, const char *argv[])
{/*//创建一个条件变量　方式1if(pthread_cond_init(&cond,NULL)!= 0){fprintf(stderr,"pthread_cond_init failed __%d__\n",__LINE__);return -1;}*///创建线程pthread_t tid1,tid2;if(pthread_create(&tid1,NULL,CallBack1,NULL) != 0){fprintf(stderr,"pthread_create failed:__%d__\n",__LINE__);return -1;}pthread_detach(tid1);  //分离线程1if(pthread_create(&tid2,NULL,CallBack2,NULL) != 0){fprintf(stderr,"pthread_create failed:__%d__\n",__LINE__);return -1;}pthread_join(tid2,NULL);        //阻塞等待线程2退出//销毁互斥锁pthread_mutex_destroy(&mutex);pthread_cond_destroy(&cond);return 0;
}

小练2：创建三个线程 id号为ABC，要求三个线程循环打印自己的ID号，运行顺序为 ABCABC......

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>//互斥锁          方式2
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
//条件变量创建　　方式2
pthread_cond_t cond1 = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond2 = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond3 = PTHREAD_COND_INITIALIZER;int flag = 1;   //1:A  2:B  3:Cvoid* A(void* arg)
{while(1){//上锁pthread_mutex_lock(&mutex);if(flag != 1){pthread_cond_wait(&cond1,&mutex);                                                        }printf("A");flag = 2 ;pthread_cond_signal(&cond2);//解锁　pthread_mutex_unlock(&mutex);}pthread_exit(NULL);
}
void* B(void* arg)
{while(1){//上锁pthread_mutex_lock(&mutex);if(flag != 2){pthread_cond_wait(&cond2,&mutex);}printf("B");flag = 3 ;pthread_cond_signal(&cond3);//解锁　pthread_mutex_unlock(&mutex);}pthread_exit(NULL);
}
void* C(void* arg)
{while(1){//上锁pthread_mutex_lock(&mutex);if(flag != 3){pthread_cond_wait(&cond3,&mutex);}printf("C\n");flag = 1 ;pthread_cond_signal(&cond1);//解锁　pthread_mutex_unlock(&mutex);}pthread_exit(NULL);
}int main(int argc, const char *argv[])
{/*//创建一个条件变量　方式1if(pthread_cond_init(&cond,NULL)!= 0){fprintf(stderr,"pthread_cond_init failed __%d__\n",__LINE__);return -1;}*///创建线程pthread_t tid1,tid2,tid3;if(pthread_create(&tid1,NULL,A,NULL) != 0){fprintf(stderr,"pthread_create failed:__%d__\n",__LINE__);return -1;}pthread_detach(tid1);  //分离线程1if(pthread_create(&tid2,NULL,B,NULL) != 0){fprintf(stderr,"pthread_create failed:__%d__\n",__LINE__);return -1;}pthread_detach(tid2);if(pthread_create(&tid3,NULL,C,NULL) != 0){fprintf(stderr,"pthread_create failed:__%d__\n",__LINE__);return -1;}pthread_join(tid3,NULL);        //阻塞等待线程2退出//销毁互斥锁pthread_mutex_destroy(&mutex);pthread_cond_destroy(&cond1);pthread_cond_destroy(&cond2);pthread_cond_destroy(&cond3);return 0;
}

三、课后作业：

1.使用信号量的方式实现，将倒置以及打印的那道题目，在第一题的基础上加上一个需求：要求打印，倒置线程，顺序执行。出现的现象为先打印1234567，后打印7654321（不使用flag）

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <semaphore.h>//临界资源
char buf[] = "1234567";//信号量
sem_t sem1;
sem_t sem2;void* callBack1(void* arg)
{while(1){sem_wait(&sem1);fprintf(stderr,"%s\n",buf);sem_post(&sem2);}                                                                          
}
void* callBack2(void* arg)
{char tmp = 0;while(1){sem_wait(&sem2);for(int i=0; i<strlen(buf)/2; i++){tmp = buf[i];buf[i] = buf[strlen(buf)-1-i];buf[strlen(buf)-1-i] = tmp;}sem_post(&sem1);}
}int main(int argc, const char *argv[])
{//申请信号量if(sem_init(&sem1, 0, 1) < 0){perror("sem_init");return -1;}if(sem_init(&sem2,0,0) < 0){perror("sem_init");return -1;}pthread_t tid1, tid2;if(pthread_create(&tid1, NULL, callBack1, NULL) != 0){fprintf(stderr, "pthread_create failed __%d__\n", __LINE__);return -1;}pthread_detach(tid1);   //分离线程1if(pthread_create(&tid2, NULL, callBack2, NULL) != 0){fprintf(stderr, "pthread_create failed __%d__\n", __LINE__);return -1;}pthread_join(tid2, NULL);   //阻塞等待线程2退出//销毁信号量sem_destroy(&sem1);sem_destroy(&sem2);return 0;
}

2.创建两个线程，其中一个线程读取文件中的数据，另外一个线程将读取到的内容打印到终端上，类似实现cat一个文件。

cat数据完毕后，要结束两个线程。

提示：先读数据，读到数据后将数据打印到终端上。

#include <stdio.h>
#include <head.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>int fd;
char c;
sem_t sem1;
sem_t sem2;
int res = -1;void *callBack1(void *arg)
{while(1){sem_wait(&sem1);if(read(fd,&c,1) == 0){res = close(fd);sem_post(&sem2);break;}sem_post(&sem2);}                                                                        printf("线程1\n");pthread_exit(NULL);
}
void *callBack2(void *arg)
{while(1){sem_wait(&sem2);if(res == 0)break;write(1,&c,1);sem_post(&sem1);}printf("线程2\n");pthread_exit(NULL);
}int main(int argc, const char *argv[])
{fd = open("1.txt",O_RDONLY);if(fd < 0){perror("open");return -1;}if(sem_init(&sem1,0,1) < 0){perror("sem_init");return -1;}if(sem_init(&sem2,0,0) < 0){perror("sem_init");return -1;}pthread_t tid1,tid2;if(pthread_create(&tid1,NULL,callBack1,NULL) < 0){fprintf(stderr,"pthread_create falied __%d__",__LINE__);return -1;}if(pthread_create(&tid2,NULL,callBack2,NULL) < 0){fprintf(stderr,"pthread_create falied __%d__",__LINE__);return -1;}pthread_join(tid1,NULL);pthread_join(tid2,NULL);//销毁信号量sem_destroy(&sem1);sem_destroy(&sem2);return 0;
}

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微服务架构得到了广泛的部署与应用, 提升了软件系统开发的效率, 降低了系统更新与维护的成本, 提高了系统的可扩展性. 但微服务变更频繁、异构融合等特点使得微服务故障频发、其故障传播快且影响大, 同时微服务间复杂的调用依赖关系或逻辑依赖关系又使得其故障难以被及时、准确…
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AI算法图形化编程加持｜OPT（奥普特）智能相机轻松适应各类检测任务

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OPT&#xff08;奥普特&#xff09;基于SciVision视觉开发包&#xff0c;全新推出多功能一体化智能相机&#xff0c;采用图形化编程设计&#xff0c;操作简单、易用&#xff1b;不仅有上百种视觉检测算法加持&#xff0c;还支持深度学习功能&#xff0c;能轻松应对计数、定位、…
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