c言語スレッド間の排他制御 - サービスデザイン実験室

１．概要
　複数のスレッドで共有リソースにアクセスするとき、同時に１つのスレッドだけが共有リソースにアクセスできるようにするために、ミューテックス (英: mutex)が使用されます。

２．ミューテックスを使った排他制御
　下記のサンプルでは、2 つのスレッドを作成し、実行するスレッド関数としてthread_functionを渡します。thread_function内では、最初に pthread_mutex_lockを使用してミューテックスをロックし、一度に 1 つのスレッドだけが共有リソースにアクセスできるようにします。共有リソースにアクセスした後、pthread_mutex_unlockを使用してミューテックスのロックを解除します。メインでは、pthread_joinを使用して両方のスレッドが終了するのを待ち、最後に pthread_mutex_destroy を使用してミューテックスを破棄します。
　ミューテックスを正しく使用しないと、デッドロックが発生する可能性があります。デッドロックは、2 つ以上のスレッドがブロックされ、互いがミューテックスを解放するのを待っているときに発生します。デッドロックを回避するには、複数のミューテックスにアクセスするときは常に同じロック順序を使用します。

３．サンプル
thread_mutex1.c

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

pthread_mutex_t mutex;

void* thread_function(void* arg) {
    // 共有リソースにアクセスする前にロックする
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    
    // 共有リソースにアクセス
    printf("Thread %ld is accessing the shared resource.\n", pthread_self());
    
    // ロックを解除する
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    
    // Initialize the mutex
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    
    // Create two threads
    pthread_create(&thread1, NULL, thread_function, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, thread_function, NULL);
    
    // Wait for the threads to finish
    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);
    
    // Destroy the mutex
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

#include <pthread.h>

#include <stdio.h>

pthread_mutex_t mutex;

void* thread_function(void* arg) {

// 共有リソースにアクセスする前にロックする

pthread_mutex_lock(&mutex);

// 共有リソースにアクセス

printf("Thread %ld is accessing the shared resource.\n", pthread_self());

// ロックを解除する

pthread_mutex_unlock(&mutex);

return NULL;

}

int main() {

pthread_t thread1, thread2;

// Initialize the mutex

pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

// Create two threads

pthread_create(&thread1, NULL, thread_function, NULL);

pthread_create(&thread2, NULL, thread_function, NULL);

// Wait for the threads to finish

pthread_join(thread1, NULL);

pthread_join(thread2, NULL);

// Destroy the mutex

pthread_mutex_destroy(&mutex);

return 0;

}

（※１）pthread_create()
新しいスレッドを生成する
（書式）
#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t * thread,
pthread_attr_t * attr,
void * (*start_routine)(void *),void * arg);
引数：
thread：スレッド管理用
attr：スレッド属性、NULLのときはデフォルト
(*start_routine)(void *)：スレッドから呼び出される関数へのポインタ
arg：start_routine()の引数で渡すデータのポインタ
戻り値：
成功すると新しく作成したスレッドの識別子が引数threadの指す領域へ格納され、0 が返る。エラーの場合、非 0 のエラーコードが返る。

（※２）pthread_join()
別のスレッドの終了を待つ
（書式）
#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t th, void **thread_return);
引数：
th：待機するスレッドの指定
**thread_return：スレッドの戻り値を格納する領域
戻り値：
成功すると、thの返り値がthread_returnで指し示された領域に格納され、0が返る。エラーの場合、非 0 のエラーコードが返る。

（※３）pthread_self()
呼び出したスレッドのIDを取得する
（書式）
#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);

コンパイルするとき、マルチスレッドをサポートするために、pthreads ライブラリーを使用するようにコンパイラーに指示します。
$ gcc -pthread thread_mutex1.c

実行結果

end