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线程同步机制之互斥锁

时间:2015-08-14 15:29:03      阅读:156      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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 进程间通讯介绍

1、几种进程间的通信方式

# 管道( pipe ):管道是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
# 有名管道 (named pipe) : 有名管道也是半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
# 信号量( semophore ) : 信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其他进程也访问该资源。因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
# 消息队列( message queue ) : 消息队列是由消息的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
# 信号 ( sinal ) : 信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生。
# 共享内存( shared memory ) :共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式,它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制,如信号两,配合使用,来实现进程间的同步和通信。
# 套接字( socket ) : 套解口也是一种进程间通信机制,与其他通信机制不同的是,它可用于不同及其间的进程通信。

2、互斥锁,是一种信号量,常用来防止两个进程或线程在同一时刻访问相同的共享资源

原子性:把一个互斥量锁定为一个原子操作,这意味着操作系统(或pthread函数库)保证了如果一个线程锁定了一个互斥量,没有其他线程在同一时间可以成功锁定这个互斥量。

唯一性:如果一个线程锁定了一个互斥量,在它解除锁定之前,没有其他线程可以锁定这个互斥量。

非繁忙等待:如果一个线程已经锁定了一个互斥量,第二个线程又试图去锁定这个互斥量,则第二个线程将被挂起(不占用任何cpu资源),直到第一个线程解除对这个互斥量的锁定为止,第二个线程则被唤醒并继续执行,同时锁定这个互斥量。

2.函数说明:

需要的头文件:pthread.h
1)初始化互斥锁

函数原型:int  pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mp, const pthread_mutexattr_t *mattr)

参数说明:mp 互斥锁地址    mattr  属性 通常默认 null

初始化互斥锁之前,必须将其所在的内存清零。

如果互斥锁已初始化,则它会处于未锁定状态。互斥锁可以位于进程之间共享的内存中或者某个进程的专用内存中。

2)锁定互斥锁

函数原型:

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); #include pthread_mutex_t mutex; int ret; ret = pthread_ mutex_lock(&mp); /* acquire the mutex */

函数说明:

当 pthread_mutex_lock() 返回时,该互斥锁已被锁定。调用线程是该互斥锁的属主。如果该互斥锁已被另一个线程锁定和拥有,则调用线程将阻塞,直到该互斥锁变为可用为止。

如果互斥锁类型为 PTHREAD_MUTEX_NORMAL则不提供死锁检测。尝试重新锁定互斥锁会导致死锁。如果某个线程尝试解除锁定的互斥锁不是由该线程锁定或未锁定,则将产生不确定的行为。

如果互斥锁类型为 PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK则会提供错误检查。如果某个线程尝试重新锁定的互斥锁已经由该线程锁定,则将返回错误。如果某个线程尝试解除锁定的互斥锁不是由该线程锁定或者未锁定,则将返回错误。

如果互斥锁类型为 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE则该互斥锁会保留锁定计数这一概念。线程首次成功获取互斥锁时,锁定计数会设置为 1。线程每重新锁定该互斥锁一次,锁定计数就增加 1。线程每解除锁定该互斥锁一次,锁定计数就减小 1。 锁定计数达到 0 时,该互斥锁即可供其他线程获取。如果某个线程尝试解除锁定的互斥锁不是由该线程锁定或者未锁定,则将返回错误。

如果互斥锁类型是 PTHREAD_MUTEX_DEFAULT则尝试以递归方式锁定该互斥锁将产生不确定的行为。对于不是由调用线程锁定的互斥锁,如果尝试解除对它的锁定,则会产生不确定的行为。如果尝试解除锁定尚未锁定的互斥锁,则会产生不确定的行为。

返回值:

pthread_mutex_lock() 在成功完成之后会返回零。其他任何返回值都表示出现了错误。如果出现以下任一情况,该函数将失败并返回对应的值。

EAGAIN:由于已超出了互斥锁递归锁定的最大次数,因此无法获取该互斥锁。

EDEADLK:当前线程已经拥有互斥锁。

3)解除锁定互斥锁

函数原型:

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); #include pthread_mutex_t mutex; int ret; ret = pthread_mutex_unlock(&mutex); /* release the mutex */

函数说明:pthread_mutex_unlock() 可释放 mutex 引用的互斥锁对象。互斥锁的释放方式取决于互斥锁的类型属性。如果调用 pthread_mutex_unlock() 时有多个线程被 mutex 对象阻塞,则互斥锁变为可用时调度策略可确定获取该互斥锁的线程。对于 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 类型的互斥锁,当计数达到零并且调用线程不再对该互斥锁进行任何锁定时,该互斥锁将变为可用。

返回值:pthread_mutex_unlock() 在成功完成之后会返回零。

其他任何返回值都表示出现了错误。如果出现以下情况,该函数将失败并返回对应的值。

EPERM :当前线程不拥有互斥锁。

  

4)使用非阻塞互斥锁锁定

函数原型:

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); #include pthread_mutex_t mutex; int ret; ret = pthread_mutex_trylock(&mutex); /* try to lock the mutex */

函数说明:pthread_mutex_trylock() 是 pthread_mutex_lock() 的非阻塞版本。如果 mutex 所引用的互斥对象当前被任何线程(包括当前线程)锁定,则将立即返回该调用。否则,该互斥锁将处于锁定状态,调用线程是其属主。

返回值:pthread_mutex_trylock() 在成功完成之后会返回零。其他任何返回值都表示出现了错误。如果出现以下任一情况,该函数将失败并返回对应的值。

EBUSY :

由于 mutex 所指向的互斥锁已锁定,因此无法获取该互斥锁。

EAGAIN:描述:

由于已超出了 mutex 的递归锁定最大次数,因此无法获取该互斥锁。

5)销毁互斥锁

函数原型:

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mp); #include pthread_mutex_t mp; int ret; ret = pthread_mutex_destroy(&mp); /* mutex is destroyed */请注意,没有释放用来存储互斥锁的空间。

返回值:

pthread_mutex_destroy() 在成功完成之后会返回零。其他任何返回值都表示出现了错误。如果出现以下任一情况,该函数将失败并返回对应的值。

EINVAL: mp 指定的值不会引用已初始化的互斥锁对象

 

 

4.饥饿和死锁的情形

当一个互斥量已经被别的线程锁定后,另一个线程调用pthread_mutex_lock()函数去锁定它时,会挂起自己的线程等待这个互斥量被解锁。可能出现以下两种情况:

“饥饿状态”:这个互斥量一直没有被解锁,等待锁定它的线程将一直被挂着,即它请求某个资源,但永远得不到它。用户必须在程序中努力避免这种“饥饿”状态出现。Pthread函数库不会自动处理这种情况。

“死锁”:一组线程中的所有线程都在等待被同组中另外一些线程占用的资源,这时,所有线程都因等待互斥量而被挂起,它们中的任何一个都不可能恢复运行,程序无法继续运行下去。这时就产生了死锁。Pthread函数库可以跟踪这种情形,最后一个线程试图调用pthread_mutex_lock()时会失败,并返回类型为EDEADLK的错误。

 

 

现实中我们有多个线程操作(读写)同一个文件,消息链表的增删改查等操作,必须要通过锁机制来实现同步

 

线程同步机制之互斥锁

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原文地址:http://www.cnblogs.com/seven-sky/p/4729968.html

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