进程是Linux资源分配的对象,Linux会为进程分配虚拟内存(4G)和文件句柄等资源,是一个静态的概念。线程是CPU调度的对象,是一个动态的概念。一个进程之中至少包含有一个或者多个线程。这些线程共享该进程空间的内存和文件句柄资源,多个线程竞争地获得这些资源。为了防止多个线程访问资源的不一致性,多线程编程一个很重要的任务就是控制好线程同步。本文简单介绍一下Linux的同步对象和使用时的一些注意事项。
1、互斥量(Mutex)
互斥量本质上讲是一把锁,该锁保护一个或者一些资源(内存或者文件句柄等数据)。一个线程如果需要访问该资源必须要获得互斥量,并对其加锁。这时如果其他线程如果想访问该资源也必须要获得该互斥量,但是锁已经加锁,所以这些进程只能阻塞,直到获得该锁的线程解锁。这时阻塞的线程里面有一个线程获得该互斥量并加锁,获准访问该资源。其他的线程继续阻塞,周而复始。
Linux互斥量句柄为pthread_mutex_t。可以以PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER初始化一个互斥量,或者调用如下函数动态进行初始化:
#include <pthread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,
const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
销毁一个互斥量调用如下函数:
#include <pthread.h>
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
对一个互斥量加锁和解锁函数如下:
#include <pthread.h>
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
当前线程调用pthread_mutex_lock函数时,如果该互斥量未加锁,则当前线程获得该互斥量并解锁,该函数返回;如果当前该互斥量已经加锁,则该函数将会阻塞,直到该互斥量解锁,当前线程获得该互斥量,并加锁返回。
pthread_mutex_trylock如果互斥量为未加锁,则当前线程将会获得该互斥量并加锁。当互斥量为加锁状态,该函数将会立即返回错误EBUSY,不会阻塞当前线程。
互斥量的解锁函数为pthread_mutex_unlock,这样将会释放互斥量资源。
另外注意一个问题就是互斥量死锁(dead lock)的问题。当一个互斥量的时候,不会发生互斥量的问题。当有多个互斥量的时候,有可能发生死锁。例如:有互斥量A,B。假如第一个线程获得互斥量A,并加锁,这时他尝试获得互斥量B,但是互斥量B已经加锁,该线程被阻塞,等待互斥量B。同时另外一个线程先获得互斥量B,并已加锁。这时尝试获得互斥量A,发现互斥量A已经加锁,则阻塞该线程,等待互斥量A。这样出现两个线程互相等待对方已经获得的信号量的问题,都处于阻塞状态,出现死锁。那么怎样解决这种死锁问题呢?那就是线程以同样的顺序获得互斥量。第一个线程先获得互斥量A,再获得互斥量B;第二个线程也以同样的顺序获得互斥量。这样就不会出现死锁的状态了。
但是在一些结构复杂的程序中,很难保证以同样的顺序获得互斥量,那么怎样解决死锁问题呢?就是以pthread_mutex_trylock来尝试获得互斥量,如果不能获得互斥量,则释放已经持有的互斥量。过段时间,再次进行同样的尝试,这样可以避免死锁。
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