Linux多线程编程-互斥锁
2015-07-04 19:11
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互斥锁
多线程编程中,(多线程编程)可以用互斥锁(也称互斥量)可以用来保护关键代码段,以确保其独占式的访问,这有点像二进制信号量。POSIX互斥锁相关函数主要有以下5个:#include <pthread.h> int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr); int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);这些函数第一个参数mutex指向要操作的目标互斥锁,成功时返回0,出错返回错误码
l pthread_mutex_init用于初始化互斥锁,mutexattr用于指定互斥锁的属性,若为NULL,则表示默认属性。除了用这个函数初始化互斥所外,还可以用如下方式初始化:pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
l pthread_mutex_destroy用于销毁互斥锁,以释放占用的内核资源,销毁一个已经加锁的互斥锁将导致不可预期的后果
l pthread_mutex_lock以原子操作给一个互斥锁加锁。如果目标互斥锁已经被加锁,则pthread_mutex_lock则被阻塞,直到该互斥锁占有者把它给解锁
l pthread_mutex_trylock和pthread_mutex_lock类似,不过它始终立即返回,而不论被操作的互斥锁是否加锁,是pthread_mutex_lock的非阻塞版本。当目标互斥锁未被加锁时,pthread_mutex_trylock进行加锁操作;否则将返回EBUSY错误码。注意:这里讨论的pthread_mutex_lock和pthread_mutex_trylock是针对普通锁而言的,对于其他类型的锁,这两个加锁函数会有不同的行为
l pthread_mutex_unlock以原子操作方式给一个互斥锁进行解锁操作。如果此时有其他线程正在等待这个互斥锁,则这些线程中的一个将获得它
互斥锁示例程序:
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> #define err_sys(msg) \ do { perror(msg); exit(-1); } while(0) #define err_exit(msg) \ do { fprintf(stderr, msg); exit(-1); } while(0) int glab = 1; void *r1(void *arg) { pthread_mutex_t* mutex = (pthread_mutex_t *)arg; static int cnt = 10; while(cnt--) { pthread_mutex_lock(mutex); glab++; printf("I am in r1. cnt = %d\n", glab); pthread_mutex_unlock(mutex); sleep(1); } return "r1 over"; } void *r2(void *arg) { pthread_mutex_t* mutex = (pthread_mutex_t *)arg; static int cnt = 10; while(cnt--) { pthread_mutex_lock(mutex); glab++; printf("I am in r2. cnt = %d\n", glab); pthread_mutex_unlock(mutex); sleep(1); } return "r2 over"; } int main(void) { pthread_mutex_t mutex; pthread_t t1, t2; char* p1 = NULL; char* p2 = NULL; if(pthread_mutex_init(&mutex, NULL) < 0) err_sys("sem_init error"); pthread_create(&t1, NULL, r1, &mutex); pthread_create(&t2, NULL, r2, &mutex); pthread_join(t1, (void **)&p1); pthread_join(t2, (void **)&p2); pthread_mutex_destroy(&mutex); printf("s1: %s\n", p1); printf("s2: %s\n", p2); return 0; }
互斥锁属性
pthread_mutexattr_t结构体定义了一套完整的互斥锁属性。线程库提供了一系列函数来操作pthread_mutexattr_t类型变量,以方便我们获取和设置互斥锁属性。一下是一些主要的函数:#include <pthread.h> int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr); int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr); int pthread_mutexattr_getpshared(const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict pshared); int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared); int pthread_mutexattr_gettype(const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict type); int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int type);
互斥锁两种常用属性:pshared和type
互斥锁属性pshared指定是否允许跨进程共享互斥锁,其可选值有两个:
l PTHREAD_PROCESS_SHARED。互斥锁可以被跨进程共享。
l PTHREAD_PROCESS_PRIVATE。互斥锁只能被和锁的初始化线程隶属于同一个进程的线程共享。
互斥锁属性type指定互斥锁的类型。Linux支持如下4种类型的互斥锁:
l PTHREAD_MUTEX_NORMAL,普通锁。这是互斥锁默认的类型。当一个线程对一个普通锁加锁以后,其余请求该所的线程将形成一个等待队列,并在该所解锁后按优先级获得它。这种锁类型保证了资源分配的公平性。但这种锁也很容易引发问题:一个线程如果对一个已经加锁的普通锁再次加锁,将引发死锁;对一个已经被其他线程加锁的普通锁解锁,或者对一个已经解锁的普通锁解锁将导致不可预期的后果。
l PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK,检错锁。一个线程如果对一个已经加锁的检错锁再次加锁,则加锁操作返回EDEADLK。对一个已经被其让他线程加锁的检错锁解锁,或者对一个已经解锁的检错锁再次解锁,则检错锁返回EPERM。
l PTHREAM_MUTEX_RECURSIVE,嵌套锁。这种锁允许一个线程在释放锁之前对他加锁而不发生死锁。不过其他线程如果要获得这个锁,则当前锁的拥有者必须执行相应次数的解锁操作。对一个已经被其他线程枷锁的嵌套锁解锁,或者对一个已经解锁的嵌套锁再次解锁,则解锁操作返回EPERM。
l PTHREAD_MUTEX_DEFAULT,默认锁。一个线程如果对一个已经加锁的默认锁再次加锁,或者对一个已经被其他线程加锁的默认锁解锁,或者对一个已经解锁的默认锁再次解锁,将导致不可预期的后果。
使用嵌套锁(PTHREAM_MUTEX_RECURSIVE)程序示例:
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> int a = 1; int b = 1; pthread_mutex_t mutex; void *pthread1(void *arg) { while(1) { if(pthread_mutex_lock(&mutex) != 0) { printf("1 error\n"); continue; } if(pthread_mutex_lock(&mutex) != 0) /* 此时调用了2次lock操作 */ { printf("1 error\n"); continue; } a++; b++; if(a != b) printf("pthread1: %d, %d\n", a, b); else printf("11\n"); pthread_mutex_unlock(&mutex); pthread_mutex_unlock(&mutex); sleep(1); } } void *pthread2(void *arg) { while(1) { if(pthread_mutex_lock(&mutex) != 0) { printf("2 error\n"); continue; } a++; b++; if(a != b) printf("pthread2: %d, %d\n", a, b); else printf("22------------\n"); pthread_mutex_unlock(&mutex); sleep(1); } } int main(void) { pthread_t tid1, tid2; pthread_mutexattr_t attr; pthread_mutexattr_init(&attr); pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE); pthread_mutex_init(&mutex, &attr); pthread_create(&tid1, NULL, pthread1, NULL); pthread_create(&tid2, NULL, pthread2, NULL); pthread_join(tid1, NULL); pthread_join(tid2, NULL); pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; }
参考:
1、《Linux高性能服务器编程》第14章 多线程编程/互斥锁
2、Linux多线程编程
3、Linux多线程编程-信号量
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