Linux下线程同步对象——互斥量

 

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。