探索Linux互斥：线程安全与资源共享

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前言：

互斥是并发编程中避免竞争条件和保护共享资源的核心技术。通过使用锁或信号量等机制，能够确保多线程或多进程环境下对共享资源的安全访问，避免数据不一致、死锁等问题。

竞争条件

竞争条件（Race Condition）是并发程序设计中的一个问题，指在多个线程或进程并发执行时，由于它们对共享资源的访问顺序不确定，可能导致程序的输出或行为依赖于执行的顺序，从而产生不一致或不可预测的结果。

例如：一个假脱机打印程序。当一个进程需要打印一个文件时，它将文件名放在一个特殊的假脱机目录**(spoalerdirectory)**下。另一个进程(打印机守护进程)则周期性地检查是否有文件需要打印，若有就打印并将该文件名从目录下删掉)

• 理想情况：

  1. 设想假脱机目录中有许多槽位，编号依次为0，1,2，……，每个槽位存放一个文件名。
  2. 同时假设有两个共享变量:out，指向下一个要打印的文件:in，指向目录中下一个空闲槽位。
  3. 可以把这两个变量保存在一个所有进程都out=4进程Ain=7能访问的文件中，该文件的长度为两个字。
  4. 在某一时刻，进程B号至3号槽位空(其中的文件已经打印完毕)，4号至6号槽位被占用(其中存有排好队列的要打印的文件名)。几乎在同时刻，进程A和进程B都决定将一个文件排队打印，这种情图两个进程同时想访问共享内存

• 实际情况：

  1. 进程A读到 in 的值为7，将7存在一个局部变量 next_free_slot中。
  2. 此时发生一次时钟中断，CPU认为进程A已运行了足够长的时间，决定切换到进程B。进程B也读取in，同样得到值为7，于是将7存在B的局部变量next_free_slot中。
  3. 在这一时刻两个进程都认为下一个可用槽位是7.进程B现在继续运行，它将其文件名存在槽位7中并将in的值更新为8。然后它离开，继续执行其他操作最后进程A接着从上次中断的地方再次运行。
  4. 它检查变量 next_free_slot，发现其值为7，于是将打印文作名存人7号槽位，这样就把进程B存在那里的文件名覆盖掉。然后它将 next_free_slot加1，得到值为8，就将8存到in中。
  5. 此时，假脱机目录内部是一致的，所以打印机守护进程发现不了任何错误，但进程B却永远得不到任何打印输出。类似这样的情况，即两个或多个进程读写某些共享数据，而最后的结果取决于进程运行的精确时序，称为竞争条件(race condition)。

  实际抢票问题：

  #include
  #include
  #include
  using namespace std;
  #define NUM  10 // 定义线程数量，这里创建 10 个线程
  int ticket = 1000; // 票数从 1000 开始
  // 线程执行的函数
  void* mythread(void* args)
  {
      pthread_detach(pthread_self());  // 分离线程，线程结束后自动释放资源
      uint64_t number = (uint64_t)args;  // 将传入的参数（线程编号）转换为 uint64_t 类型
      while(true)
      {
          if(ticket > 0) // 如果还有票
          {
              usleep(1000); // 模拟一些延迟，减少系统负载
              cout 
              break; // 如果没有票了，退出循环
          }
          usleep(20);  // 再次暂停 20 微秒，模拟其他操作
      }
      return nullptr; // 线程结束时返回空指针
  }
  int main()
  {
      // 创建 NUM 个线程
      for(int i = 0; i