Linux多线程编程：深入理解sem_init与pthread_create96

在Linux多线程编程中，进程间通信和线程同步至关重要。`sem_init` 和 `pthread_create` 是两个常用的系统调用，分别用于初始化信号量和创建线程。它们协同工作，可以有效地管理多个线程对共享资源的访问，避免出现竞争条件和死锁等问题。本文将深入探讨这两个函数的用法、参数含义以及在实际编程中的应用，并结合实例代码进行讲解。

首先，让我们了解一下信号量（Semaphore）的概念。信号量是一种用于线程同步的机制，它本质上是一个计数器，可以用来控制对共享资源的访问。信号量的值表示可用的资源数量。当一个线程需要访问共享资源时，它会尝试对信号量进行P操作（也称为wait或down操作），如果信号量的值大于0，则将其值减1，表示占用一个资源；如果信号量的值等于0，则线程阻塞，等待其他线程释放资源。当一个线程完成对共享资源的访问后，它会对信号量进行V操作（也称为signal或up操作），将信号量的值加1，表示释放一个资源，唤醒一个阻塞的线程。

`sem_init` 函数用于初始化一个信号量。其原型如下：int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

参数说明：
sem: 指向一个信号量结构体的指针，该结构体用于存储信号量的值和其他信息。在使用前需要先声明一个sem_t类型的变量。
pshared: 指定信号量的共享方式。如果值为0，则该信号量只能在同一个进程内的线程之间共享；如果值为1，则该信号量可以在多个进程之间共享（需要使用System V IPC机制）。
value: 信号量的初始值，表示初始时可用的资源数量。

`sem_init` 函数的返回值为0表示成功，否则表示失败，通常情况下会设置errno来指示错误原因。需要注意的是，同一个信号量只能被初始化一次，重复初始化会导致未定义的行为。

接下来，我们来看一下`pthread_create` 函数，它用于创建新的线程。其原型如下：int pthread_create(pthread_t *restrict thread, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_routine)(void *), void *restrict arg);

参数说明：
thread: 指向一个pthread_t类型的变量的指针，该变量用于存储新创建线程的ID。
attr: 指向线程属性结构体的指针，可以用来设置线程属性，例如线程栈大小、调度策略等。如果为NULL，则使用默认的线程属性。
start_routine: 线程的入口函数，即新线程开始执行的函数。该函数必须接受一个void*类型的参数，并返回一个void*类型的返回值。
arg: 传递给start_routine函数的参数。

`pthread_create` 函数的返回值为0表示成功，否则表示失败，同样会设置errno来指示错误原因。

下面是一个使用`sem_init`和`pthread_create`进行线程同步的示例代码，该程序模拟了多个线程访问一个共享资源（计数器）的情况：#include
#include
#include
sem_t sem;
int counter = 0;
void *thread_function(void *arg) {
int i;
for (i = 0; i < 5; i++) {
sem_wait(&sem); // P操作
counter++;
printf("Thread %lu: counter = %d", pthread_self(), counter);
sem_post(&sem); // V操作
}
pthread_exit(NULL);
}
int main() {
pthread_t thread1, thread2;
int rc;
sem_init(&sem, 0, 1); // 初始化信号量，初始值为1
rc = pthread_create(&thread1, NULL, thread_function, NULL);
if (rc){
printf("Error creating thread 1");
return 1;
}
rc = pthread_create(&thread2, NULL, thread_function, NULL);
if (rc){
printf("Error creating thread 2");
return 1;
}
pthread_join(thread1, NULL);
pthread_join(thread2, NULL);
sem_destroy(&sem); // 销毁信号量
printf("Final counter value: %d", counter);
return 0;
}

这段代码中，我们创建了一个信号量sem，初始值为1，表示只有一个线程可以访问共享资源counter。两个线程同时运行thread_function函数，在访问counter之前，它们都需要先进行sem_wait操作，获取信号量；访问完成后，进行sem_post操作，释放信号量。这样就保证了对counter的互斥访问，避免了竞争条件。

总而言之，`sem_init`和`pthread_create`是Linux多线程编程中非常重要的两个函数，熟练掌握它们的用法对于编写高效、可靠的多线程程序至关重要。需要特别注意的是，在使用信号量进行线程同步时，必须小心处理潜在的死锁问题，并正确地进行信号量的初始化和销毁。

2025-06-08

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