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Linux和windows进程同步与线程同步那些事儿（五）：Linux下进程同步_linux windows线程同步

作者：盐析白兔 | 2024-05-16 04:29:43

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linux windows线程同步

Linux和windows进程同步与线程同步那些事儿（一）
Linux和windows进程同步与线程同步那些事儿（二）： windows线程同步详解示例
Linux和windows进程同步与线程同步那些事儿（三）： Linux线程同步详解示例
Linux和windows进程同步与线程同步那些事儿（四）：windows 下进程同步
Linux和windows进程同步与线程同步那些事儿（五）：Linux下进程同步

在Linux中，进程同步可以通过多种机制来实现，其中最常见的包括信号量（semaphore）、共享内存（shared memory）、管道（pipe）、消息队列（message queue）和文件锁（file lock）等。

1. 信号量（Semaphore）：

信号量是一种经典的进程同步机制，它可以用于控制对共享资源的访问。
在Linux中，可以使用sem_t类型的信号量来实现进程同步。

在Linux下，可以使用信号量实现多进程之间的同步。信号量是一个计数器，用于多个进程之间共享资源的同步操作。

下面是一个使用信号量进行多处理器同步的C++代码示例：

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <unistd.h>

// 定义信号量的键值
#define KEY 123456

// 定义信号量的个数
#define NUM_SEMS 1

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};

int main() {
    // 创建信号量
    int semid = semget(KEY, NUM_SEMS, IPC_CREAT | 0666);
    if (semid == -1) {
        std::cerr << "Failed to create semaphore" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 初始化信号量
    union semun arg;
    arg.val = 0;
    if (semctl(semid, 0, SETVAL, arg) == -1) {
        std::cerr << "Failed to initialize semaphore" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 创建子进程
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        std::cerr << "Failed to fork process" << std::endl;
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程和父进程通过信号量进行同步操作

        // P操作，等待信号量计数器大于0
        struct sembuf sop;
        sop.sem_num = 0;
        sop.sem_op = -1;
        sop.sem_flg = 0;
        if (semop(semid, &sop, 1) == -1) {
            std::cerr << "Failed to perform P operation" << std::endl;
            return 1;
        }

        // 输出一段文字
        std::cout << "Child process output" << std::endl;

        // V操作，增加信号量计数器
        sop.sem_op = 1;
        if (semop(semid, &sop, 1) == -1) {
            std::cerr << "Failed to perform V operation" << std::endl;
            return 1;
        }
    } else {
        // 父进程和子进程通过信号量进行同步操作

        // 输出一段文字
        std::cout << "Parent process output" << std::endl;

        // V操作，增加信号量计数器
        struct sembuf sop;
        sop.sem_num = 0;
        sop.sem_op = 1;
        sop.sem_flg = 0;
        if (semop(semid, &sop, 1) == -1) {
            std::cerr << "Failed to perform V operation" << std::endl;
            return 1;
        }

        // P操作，等待信号量计数器大于0
        sop.sem_op = -1;
        if (semop(semid, &sop, 1) == -1) {
            std::cerr << "Failed to perform P operation" << std::endl;
            return 1;
        }
    }

    // 删除信号量
    if (semctl(semid, 0, IPC_RMID) == -1) {
        std::cerr << "Failed to remove semaphore" << std::endl;
        return 1;
    }

    return 0;
}

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在上面的代码示例中，首先使用semget函数创建了一个信号量集，通过指定键值和信号量的个数来创建。然后使用semctl函数初始化了信号量的计数器为0。接着通过fork函数创建了一个子进程。

在子进程中，使用semop函数进行P操作，即等待信号量计数器大于0；然后输出一段文字；再使用semop函数进行V操作，即增加信号量计数器。

在父进程中，首先输出一段文字；然后使用semop函数进行V操作；最后使用semop函数进行P操作。

这样，父进程和子进程通过信号量的P操作和V操作进行同步，保证了子进程的输出一定在父进程的输出之后。

最后，使用semctl函数删除了创建的信号量集。

运行代码示例，可以看到父进程先输出一段文字，然后子进程再输出一段文字，证明了通过信号量实现了多进程的同步。

需要注意的是，上述代码示例只使用了一个信号量来进行同步，如果需要更复杂的同步操作，可以使用多个信号量来实现。此外，需要保证在使用信号量之前先创建信号量，并在使用完毕后删除信号量。

2. 共享内存（Shared Memory）：

共享内存允许多个进程访问同一块内存区域，从而实现进程间的数据共享和通信。
在Linux中，可以使用shmget和shmat等系统调用来创建和访问共享内存区域。

代码示例1：

在Linux下，使用共享内存进行多进程间的同步一般会用到信号量（semaphore）来进行进程间的互斥和同步操作。下面是一个使用C进行编写的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/sem.h>
#include <unistd.h>

// 定义信号量的操作结构体
union semun {
  int val;
  struct semid_ds *buf;
  unsigned short int *array;
  struct seminfo *__buf;
};

// 定义共享内存的大小
#define SHM_SIZE 1024

// 定义信号量操作函数
int sem_op(int semid, int sem_num, int op) {
  struct sembuf semop = {sem_num, op, SEM_UNDO};
  return semop(semid, &semop, 1);
}

int main() {
  key_t key;
  int shmid, semid;
  char *shm, *s;

  // 创建key值
  key = ftok(".", 'S');
  if (key == -1) {
    perror("ftok error");
    exit(1);
  }

  // 创建共享内存
  shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666);
  if (shmid == -1) {
    perror("shmget error");
    exit(1);
  }

  // 关联共享内存
  shm = shmat(shmid, NULL, 0);
  if (shm == (char *)-1) {
    perror("shmat error");
    exit(1);
  }

  // 创建信号量
  semid = semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666);
  if (semid == -1) {
    perror("semget error");
    exit(1);
  }

  // 初始化信号量
  union semun sem_val;
  sem_val.val = 1;
  if (semctl(semid, 0, SETVAL, sem_val) == -1) {
    perror("semctl error");
    exit(1);
  }

  // 多进程同步
  pid_t pid = fork();

  if (pid == -1) {
    perror("fork error");
    exit(1);
  } else if (pid == 0) { // 子进程
    // P 操作
    if (sem_op(semid, 0, -1) == -1) {
      perror("sem_op error");
      exit(1);
    }

    // 操作共享内存
    s = shm;
    for (char c = 'a'; c <= 'z'; c++) {
      *s++ = c;
      usleep(10000);
    }

    // V 操作
    if (sem_op(semid, 0, 1) == -1) {
      perror("sem_op error");
      exit(1);
    }

    // 分离共享内存
    if (shmdt(shm) == -1) {
      perror("shmdt error");
      exit(1);
    }

    exit(0);
  } else { // 父进程
    // P 操作
    if (sem_op(semid, 0, -1) == -1) {
      perror("sem_op error");
      exit(1);
    }

    // 读取并输出共享内存
    s = shm;
    while (*s != '\0') {
      putchar(*s++);
      usleep(10000);
    }
    putchar('\n');

    // V 操作
    if (sem_op(semid, 0, 1) == -1) {
      perror("sem_op error");
      exit(1);
    }

    // 删除共享内存
    if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
      perror("shmctl error");
      exit(1);
    }

    // 删除信号量
    if (semctl(semid, IPC_RMID, 0) == -1) {
      perror("semctl error");
      exit(1);
    }

    exit(0);
  }

  return 0;
}

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这段代码通过创建共享内存和信号量来实现多进程间的同步，其中子进程将字母逐个写入共享内存，父进程从共享内存中读取并输出字母。

首先，使用ftok函数创建一个唯一的key值，用于共享内存和信号量的标识。然后，使用shmget函数创建共享内存，指定大小为SHM_SIZE。接着，使用shmat函数关联共享内存并返回一个指向共享内存的指针。再然后，使用semget函数创建一个信号量，并使用semctl函数初始化信号量的值为1。

接下来，使用fork函数创建一个子进程。在子进程中，使用sem_op函数进行P操作（信号量减1），然后通过指针s操作共享内存，将字母逐个写入共享内存。最后，使用sem_op函数进行V操作（信号量加1），然后使用shmdt函数分离共享内存。

在父进程中，使用sem_op函数进行P操作，然后通过指针s从共享内存中读取并输出字母，直到遇到结束符’\0’。然后，使用sem_op函数进行V操作。最后，使用shmctl函数删除共享内存，使用semctl函数删除信号量。

代码示例2：

以下是一个使用共享内存实现多进程同步的示例代码，分为A和B两个程序：

程序A：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/wait.h>

#define SHM_KEY 1234
#define SHM_SIZE 256

int main() {
    // 创建共享内存
    int shmid = shmget(SHM_KEY, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        exit(1);
    }

    // 连接共享内存
    char* shared_memory = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shared_memory == (char*)-1) {
        perror("shmat");
        exit(1);
    }

    // 写入数据到共享内存
    sprintf(shared_memory, "Hello, World!");

    // 创建子进程
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(1);
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程等待一段时间
        sleep(1);

        // 父子进程间同步，等待父进程写入数据
        while (shared_memory[0] == '\0') {
            sleep(1);
        }

        // 读取并打印共享内存中的数据
        printf("Data in shared memory: %s\n", shared_memory);

        // 断开连接共享内存
        if (shmdt(shared_memory) == -1) {
            perror("shmdt");
            exit(1);
        }

        exit(0);
    } else {
        // 等待子进程结束
        wait(NULL);

        // 断开连接共享内存
        if (shmdt(shared_memory) == -1) {
            perror("shmdt");
            exit(1);
        }

        // 删除共享内存
        if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
            perror("shmctl");
            exit(1);
        }
    }

    return 0;
}

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程序B：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/shm.h>

#define SHM_KEY 1234
#define SHM_SIZE 256

int main() {
    // 获取共享内存的ID
    int shmid = shmget(SHM_KEY, SHM_SIZE, 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        exit(1);
    }

    // 连接共享内存
    char* shared_memory = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shared_memory == (char*)-1) {
        perror("shmat");
        exit(1);
    }

    // 等待父进程写入数据
    while (shared_memory[0] == '\0') {
        sleep(1);
    }

    // 读取并打印共享内存中的数据
    printf("Data in shared memory: %s\n", shared_memory);

    // 断开连接共享内存
    if (shmdt(shared_memory) == -1) {
        perror("shmdt");
        exit(1);
    }

    return 0;
}

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以上代码展示了一个简单的多进程同步示例。程序A创建了共享内存并将数据写入其中，然后创建了一个子进程程序B。程序B连接到共享内存，等待程序A写入数据后读取并打印。程序A和程序B通过共享内存进行了数据的同步。

注意代码中的关键步骤：

  1. 使用shmget函数创建共享内存，指定一个唯一的键值和大小。
  2. 使用shmat函数连接共享内存，获取指向共享内存的指针。
  3. 子进程通过轮询等待共享内存中的数据，直到非空。
  4. 父进程和子进程完成后，使用shmdt函数断开与共享内存的连接。
  5. 父进程使用shmctl函数删除共享内存。

这样，两个进程就能够实现通过共享内存进行数据同步了。

3. 管道（Pipe）：

管道是一种单向的通信机制，可以用于实现具有父子关系的进程间通信。
在Linux中，可以使用pipe系统调用来创建管道。
在Linux下，使用管道进行多进程同步一般会用到父子进程间的通信机制。下面是一个使用C进行编写的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main() {
  int fd[2];
  pid_t pid;
  char buf[100];

  // 创建管道
  if (pipe(fd) == -1) {
    perror("pipe error");
    exit(1);
  }

  // 创建子进程
  pid = fork();

  if (pid == -1) {
    perror("fork error");
    exit(1);
  } else if (pid == 0) { // 子进程
    close(fd[0]); // 关闭读端

    // 在子进程中向管道写入数据
    char *str = "Hello from child process!";
    write(fd[1], str, strlen(str) + 1);
    printf("Child process writes to pipe: %s\n", str);

    close(fd[1]); // 关闭写端
    exit(0);
  } else { // 父进程
    close(fd[1]); // 关闭写端

    // 在父进程中从管道读取数据
    read(fd[0], buf, sizeof(buf));
    printf("Parent process reads from pipe: %s\n", buf);

    close(fd[0]); // 关闭读端
    exit(0);
  }

  return 0;
}

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这段代码通过创建管道来实现父子进程间的数据传输和同步，其中子进程向管道写入数据，父进程从管道读取数据并输出。

首先，使用pipe函数创建一个管道，返回的fd数组包含两个文件描述符，fd[0]用于读取数据，fd[1]用于写入数据。

接下来，使用fork函数创建一个子进程。在子进程中，关闭fd[0]读端，使用write函数向管道写入数据，然后关闭fd[1]写端。

在父进程中，关闭fd[1]写端，使用read函数从管道中读取数据，然后输出到屏幕上。最后，关闭fd[0]读端。

以上就是使用管道进行多进程同步的C代码示例及详细讲解。通过在父子进程间传输数据进行同步，父进程从管道中读取数据时会阻塞，直到子进程写入数据到管道中。这样就实现了简单的多进程同步。

4. 消息队列（Message Queue）：

消息队列允许进程之间通过消息进行通信，可以实现进程间的异步通信。
在Linux中，可以使用msgget、msgsnd和msgrcv等系统调用来创建和操作消息队列。

在Linux下，可以使用消息队列来实现多进程之间的同步。消息队列是一种进程间通信的方式，可以在不同进程之间传递数据。下面是一个示例，展示了如何使用消息队列实现多进程同步。

程序A：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define MSG_SIZE 128

// 定义消息结构体
struct msg_buffer {
    long msg_type;
    char msg_text[MSG_SIZE];
};

int main() {
    key_t key;
    int msg_id;
    struct msg_buffer message;

    // 生成唯一的key
    key = ftok("msg_queue_example", 65);

    // 创建消息队列，如果已经存在则打开
    msg_id = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);
    if (msg_id == -1) {
        perror("msgget");
        return -1;
    }

    // 接收来自程序B的消息
    msgrcv(msg_id, &message, MSG_SIZE, 1, 0);
    printf("Received message: %s\n", message.msg_text);

    // 向程序B发送消息
    message.msg_type = 2;
    sprintf(message.msg_text, "Hello from A");
    msgsnd(msg_id, &message, sizeof(message), 0);

    printf("Message sent: %s\n", message.msg_text);

    // 删除消息队列
    msgctl(msg_id, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

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程序B：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define MSG_SIZE 128

// 定义消息结构体
struct msg_buffer {
    long msg_type;
    char msg_text[MSG_SIZE];
};

int main() {
    key_t key;
    int msg_id;
    struct msg_buffer message;

    // 生成唯一的key
    key = ftok("msg_queue_example", 65);

    // 连接到消息队列
    msg_id = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);
    if (msg_id == -1) {
        perror("msgget");
        return -1;
    }

    // 向程序A发送消息
    message.msg_type = 1;
    sprintf(message.msg_text, "Hello from B");
    msgsnd(msg_id, &message, sizeof(message), 0);

    printf("Message sent: %s\n", message.msg_text);

    // 接收来自程序A的消息
    msgrcv(msg_id, &message, MSG_SIZE, 2, 0);
    printf("Received message: %s\n", message.msg_text);

    return 0;
}

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在程序A中，首先调用ftok函数生成一个唯一的key，用于创建消息队列。然后使用msgget函数创建或打开一个消息队列，如果队列已经存在，则打开；如果队列不存在，则创建一个新的队列。然后使用msgrcv函数接收来自程序B的消息，并打印接收到的消息内容。接下来，向程序B发送一个消息，使用msgsnd函数。最后，使用msgctl函数删除消息队列。

在程序B中，也是首先调用ftok函数生成一个唯一的key，用于连接到消息队列。然后使用msgget函数连接到消息队列。接下来，向程序A发送一个消息，使用msgsnd函数。然后使用msgrcv函数接收来自程序A的消息，并打印接收到的消息内容。

这个示例展示了两个进程之间如何使用消息队列进行通信和同步。程序A和程序B分别使用不同的消息类型作为消息的标志，以便接收和发送不同类型的消息。msgrcv和msgsnd函数用于接收和发送消息。

5. 文件锁（File Lock）：

文件锁可以用于控制对文件的访问，从而实现进程间的同步。
在Linux中，可以使用fcntl系统调用来对文件进行加锁和解锁操作。
在Linux下，可以使用文件锁（fcntl）来实现多进程之间的同步。文件锁可以用于进程间共享的文件，通过对文件进行加锁和解锁，可以实现进程之间的互斥访问。下面是一个示例，展示了如何使用文件锁实现多进程同步。

程序A：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    int fd;
    struct flock lock;

    // 打开共享文件
    fd = open("shared_file.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 加锁
    lock.l_type = F_WRLCK;   // 写锁
    lock.l_whence = SEEK_SET;
    lock.l_start = 0;
    lock.l_len = 0;          // 锁定整个文件

    if (fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) == -1) {
        perror("fcntl");
        return -1;
    }

    printf("A: File locked\n");
    sleep(5); // 模拟处理时间

    // 解锁
    lock.l_type = F_UNLCK;
    if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == -1) {
        perror("fcntl");
        return -1;
    }

    printf("A: File unlocked\n");

    return 0;
}

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程序B：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    int fd;
    struct flock lock;

    // 打开共享文件
    fd = open("shared_file.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 加锁
    lock.l_type = F_WRLCK;   // 写锁
    lock.l_whence = SEEK_SET;
    lock.l_start = 0;
    lock.l_len = 0;          // 锁定整个文件

    if (fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) == -1) {
        perror("fcntl");
        return -1;
    }

    printf("B: File locked\n");
    sleep(5); // 模拟处理时间

    // 解锁
    lock.l_type = F_UNLCK;
    if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == -1) {
        perror("fcntl");
        return -1;
    }

    printf("B: File unlocked\n");

    return 0;
}

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在程序A中，首先使用open函数打开共享文件，如果文件不存在则创建。然后定义一个struct flock结构体用于加锁和解锁。接下来，设置锁的类型为写锁，通过fcntl函数的F_SETLKW参数来加锁，并指定锁定的范围为整个文件。等待一段时间（这里用sleep(5)模拟处理时间）。最后，设置锁的类型为解锁，通过fcntl函数来解锁。

程序B的逻辑与程序A类似，首先使用open函数打开共享文件，然后设置锁的类型为写锁，通过fcntl函数的F_SETLKW参数来加锁，并指定锁定的范围为整个文件。等待一段时间，最后解锁。

这个示例展示了两个进程之间如何使用文件锁实现同步。进程A和进程B都对共享文件进行加锁，当一个进程已经持有锁时，另一个进程会在fcntl函数上阻塞，直到持有锁的进程释放锁。这样保证了进程A和进程B可以交替地对共享资源进行访问，实现了同步。

拓展讲解：

既然说到了文件锁，有必要在此强调下读锁、写锁和读写锁，对于不同的应用场景，合理选择文件锁，可以优化程序执行效率。
在Linux中，文件锁（fcntl）包括读锁和写锁两种类型，以及读写锁（pthread_rwlock）。

  1. 读锁（Shared Lock）：

    • 多个进程可以同时持有读锁。
    • 读锁是共享的，多个进程可以同时读取文件。
    • 当有进程持有写锁时，请求读锁的进程会被阻塞，直到所有写锁都被释放。

  2. 写锁（Exclusive Lock）：

    • 写锁是独占的，同一时间只能有一个进程持有写锁。
    • 写锁保证了独占的访问权限，其他进程无法读取或写入文件。
    • 当有进程持有读锁或写锁时，请求写锁的进程会被阻塞，直到所有读锁和写锁都被释放。

  3. 读写锁（Read-Write Lock）：

    • 读写锁是一种更高级别的文件锁，提供了更细粒度的控制。
    • 读写锁允许多个进程同时持有读锁，但只允许一个进程持有写锁。
    • 当有进程持有写锁时，请求读锁或写锁的进程都会被阻塞，直到写锁被释放。

下面是一个使用文件锁和读写锁的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>

// 文件锁示例
void fileLockExample() {
    int fd;
    struct flock lock;

    // 打开文件
    fd = open("shared_file.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return;
    }

    // 加写锁
    lock.l_type = F_WRLCK;
    lock.l_whence = SEEK_SET;
    lock.l_start = 0;
    lock.l_len = 0;
    if (fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) == -1) {
        perror("lock");
        return;
    }

    printf("File locked\n");
    sleep(5); // 模拟处理时间

    // 解锁
    lock.l_type = F_UNLCK;
    if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == -1) {
        perror("unlock");
        return;
    }

    printf("File unlocked\n");

    close(fd);
}

// 读写锁示例
pthread_rwlock_t rwlock;

void* reader(void* arg) {
    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
    printf("Reader: Reading shared resource\n");
    sleep(3); // 模拟读取时间
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
    printf("Reader: Finished reading\n");
    return NULL;
}

void* writer(void* arg) {
    pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
    printf("Writer: Writing to shared resource\n");
    sleep(3); // 模拟写入时间
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
    printf("Writer: Finished writing\n");
    return NULL;
}

void rwLockExample() {
    pthread_t readerThread1, readerThread2, writerThread;

    pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);

    // 创建读者线程
    pthread_create(&readerThread1, NULL, reader, NULL);
    pthread_create(&readerThread2, NULL, reader, NULL);

    // 创建写者线程
    pthread_create(&writerThread, NULL, writer, NULL);

    // 等待线程结束
    pthread_join(readerThread1, NULL);
    pthread_join(readerThread2, NULL);
    pthread_join(writerThread, NULL);

    pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
}

int main() {
    printf("File Lock Example:\n");
    fileLockExample();

    printf("\nRead-Write Lock Example:\n");
    rwLockExample();

    return 0;
}

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在示例中，fileLockExample函数展示了如何使用fcntl函数实现文件锁。首先打开共享文件，在加锁之前设置锁的类型为写锁。然后，通过fcntl函数的F_SETLKW参数来加锁，使用F_UNLCK参数来解锁。

rwLockExample函数展示了如何使用读写锁（pthread_rwlock）实现多线程同步。首先初始化读写锁，然后创建读者线程和写者线程。读者线程使用pthread_rwlock_rdlock函数加读锁，写者线程使用pthread_rwlock_wrlock函数加写锁。最后，使用pthread_rwlock_unlock函数解锁，并销毁读写锁。

文件锁和读写锁总结：

  • 文件锁提供了对共享文件的互斥访问，读锁和写锁之间的关系是互斥的。
  • 读写锁提供了更高级别的文件访问控制，允许多个进程同时读取文件，但只允许一个进程写入文件。

几种进程间同步方式的优缺点比较

linux进程间同步可以使用信号量、共享内存、管道、消息队列和文件锁等机制。下面是它们的使用场景及优缺点的比较：

1. 信号量：

  • 使用场景：适用于进程间的互斥和同步操作，如控制临界区访问、资源的分配和释放等。
  • 优点：简单易用，适用于进程间的基本同步和互斥操作。
  • 缺点：需要手动编写代码来保证进程对信号量的正确使用，容易出错。不适用于跨网络的进程通信。

2. 共享内存：

  • 使用场景：适用于大量数据共享和频繁的数据交换，如图像、音频或视频数据的处理。
  • 优点：高效，进程可以直接访问共享内存区域，无需数据的拷贝。
  • 缺点：需要进行进程间的同步，以避免竞态条件和数据一致性问题。对内存管理要求较高，可能会导致内存泄漏或悬挂进程。

3. 管道：

  • 使用场景：适用于父子进程间的通信，管道只能在具有父子关系的进程之间使用。
  • 优点：简单易用，无需手动同步，通过文件描述符进行进程间通信。
  • 缺点：仅适用于具有父子关系的进程，只能实现单向通信。

4. 消息队列：

  • 使用场景：适用于不同进程间的异步通信，如进程间的命令、事件、消息传递等。
  • 优点：可以实现多对多的通信，不需要进程具有父子关系。具有高度的灵活性和可扩展性。
  • 缺点：数据的大小受限，对于大量数据的传输可能不太高效。

5. 文件锁：

  • 使用场景：适用于对文件进行互斥访问的场景，如进程间共享的文件或资源。
  • 优点：简单易用，可以保证共享文件的互斥访问。
  • 缺点：对文件操作需要显式加锁和解锁，繁琐且容易出错。不适用于跨网络的进程通信。

综上所述，不同的机制适用于不同的场景。选择适当的进程间同步机制取决于具体的需求和限制。信号量和共享内存适用于高性能数据共享和同步，管道适用于具有父子关系的进程通信，消息队列适用于异步通信，文件锁适用于文件的互斥访问。

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