多核时代：并行程序设计探讨（5）——Windows和Linux对决(进程间同步)

Windows和Linux对决(线程间同步)

1.1        Windows线程同步

1.1.1   关键代码区Critical Section

所谓“关键代码区”，相信大家看名字也能理解个大概了。首先：它很关键，第二：它是代码区。之所以关键，当然目的就是每次只能一个线程能够进入；既然是代码区，那就是只能在一组拥有同样代码的线程中用。

那什么情况下会用到关键代码区呢？当然是要保护多个线程都会用到的东西了，说到这里，想必你已经猜到了：全局变量和静态变量。

1.1.2   互斥Mutex

互斥看起来和关键代码区是一样的，都是每次都是只允许一个线程使用。但互斥和关键代码区相比，具有如下特点：

1.1.3   信号量Semaphore

信号量本质上就是一个计数器，当计数器大于0时就意味着被保护的对象可用。每次申请计数器就减1，释放就加1.

信号量和互斥体相比，一个最明显的差别就在于互斥体每次只能有一个线程进行访问，而信号量可以有多个线程进行访问。

看到这里，大家可能都像我开始一样存在这样的问题：如果将信号量最大值设置为1，那么不就是相当于互斥量了吗？

看起来是一样的，而且在有些系统上也确实是这样的，据说是互斥体底层就是信号量来实现的，或者干脆就没有互斥体（例如传统UNIX），但在有的系统上还是有差别的，差别在于：申请和释放是否要同一个线程完成，Windows就是这种形式。互斥体要求同一线程来申请和释放，而信号量就可以由不同的线程申请和释放（但是我很难想象这样做有什么好处，难倒要给一个线程集中获取信号量，再来通知另外的线程工作？）。

1.1.4   事件Event

事件本质上是一个系统信号，即：发生了某件事情后，发一个信号给其它关心这件事情的线程。

从事件的本质上来看，事件不是为了资源保护的，而是为了线程间通知用的。举个简单的例子：Socket接收完一个消息后，将其放入队列，然后需要通知消息处理线程进行处理。

大家想想，如果没有事件通知会怎么样呢？那接收线程只能设一个定时器或者循环，定时甚至循环去查询队列中是否有消息，这种定时和循环处理是对系统性能的极大浪费，所以，有了事件后，就不用这么浪费了。

1.2        Linux线程同步

介绍完Windows，Linux介绍就很方便了，就像上一篇博文提到的一样，Windows和Linux其实很多地方相似，线程同步也不例外。

1.2.1   关键代码区？？？

不好意思，Linux没有这个东东。

1.2.2   互斥Mutex

Linux和Windows是一样的，这里就不详细介绍了，需要注意的是传统UNIX并没有互斥这个东东，传统UNIX的互斥是通过二元信号量（即最大值为1）来实现的。

1.2.3   信号量Semaphore

需要注意的是Linux中信号量有两种：一种是内核POSIX标准的信号量，一种是用户态的传统UNIX IPC信号量。两者的差别如下：

POSIX信号量和Windows的信号量是一样的。

1.2.4   条件变量Conditions

看到这个名字有点莫名其妙，条件变量和线程同步有什么关系呢？

但其实是Linux（或者是POSIX）的名字取得不好才导致我们很难理解，本质上条件变量就是Windows的事件，作用也是一样的。唉，如果Linux或者POSIX不想和Windows同名，改成叫“通知”也能让我们这些小虾多省点脑力啊：）

1.2.5   信号Signal

类似于“共享内存”也是一种进程间通信的方式一样，我把信号也列进来作为线程同步的一种，因为本质上信号不是为了线程间同步而设计的，但我们可以利用其作为线程同步来使用。

如何使用信号呢？既然信号本身就是一种通知（还记得上面我建议将“条件变量”建议改名为什么吗？），那我们就按照通知来使用了，例如：A做完了某事，发一个信号给B，B收到后开始启动做另外一件事。

请注意：和“条件变量”不同的是，条件变量支持广播机制，而信号只能是点对点，因此实际使用中应该还是“条件变量”方便一些。当然如果是传统UNIX，那就只能利用信号来进行通知了。

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注：看我的博客的朋友可能会发现一个现象，我几乎从来不介绍详细的函数或者API，而基本上都在“归纳、总结、对比”。这是我个人的一个风格或者理解吧，我认为函数或者API用的时候查一下就可以了，而在分析和设计的时候，关键是要知道有哪些东西可以给我们用，而且要知道我们具体究竟应该用哪个，因此在平时就必须多归纳、总结、对比，而不是背住各种函数和API。

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