Linux进程同步：如何避免资源竞争

在Linux系统中，进程同步是为了防止多个进程同时访问共享资源而产生资源竞争的问题。以下是一些避免资源竞争的方法：

1. 使用互斥锁（Mutex）

互斥锁是一种同步机制，用于确保在任何时刻只有一个进程可以访问特定的代码段或数据。

#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    // 访问共享资源
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

2. 使用信号量（Semaphore）

信号量是一种更高级的同步机制，可以用来控制对共享资源的访问。

#include <semaphore.h>

sem_t semaphore;

void init_semaphore() {
    sem_init(&semaphore, 0, 1); // 初始化信号量为1
}

void* thread_func(void* arg) {
    sem_wait(&semaphore);
    // 访问共享资源
    sem_post(&semaphore);
    return NULL;
}

3. 使用条件变量（Condition Variable）

条件变量用于线程间的等待和通知机制，通常与互斥锁一起使用。

#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

void* producer(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    // 生产数据
    pthread_cond_signal(&cond); // 通知消费者
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

void* consumer(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // 等待生产者通知
    // 消费数据
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

4. 使用原子操作（Atomic Operations）

原子操作是不可分割的操作，可以确保在多线程环境下对变量的访问是安全的。

#include <stdatomic.h>

atomic_int counter = ATOMIC_VAR_INIT(0);

void increment_counter() {
    atomic_fetch_add(&counter, 1);
}

5. 使用读写锁（Read-Write Lock）

读写锁允许多个读进程同时访问共享资源，但写进程访问时会阻塞所有读进程和其他写进程。

#include <pthread.h>

pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

void* reader(void* arg) {
    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
    // 读取共享资源
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
    return NULL;
}

void* writer(void* arg) {
    pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
    // 写入共享资源
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
    return NULL;
}

6. 使用内存屏障（Memory Barriers）

内存屏障用于确保内存操作的顺序性，防止编译器和处理器对指令进行重排序。

#include <stdatomic.h>

atomic_thread_fence(memory_order_seq_cst);

7. 使用文件锁（File Locking）

文件锁可以用于同步对文件的访问。

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

int fd = open("file.txt", O_RDWR);
flock(fd, LOCK_EX); // 独占锁
// 访问文件
flock(fd, LOCK_UN); // 释放锁
close(fd);

通过合理使用这些同步机制，可以有效地避免资源竞争问题，确保多进程或多线程环境下的数据一致性和安全性。