• 互斥锁的简单问题


    pthread_mutex_lock
    pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
    int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
         描述 pthread_mutex_lock()函数锁住由mutex指定的mutex 对象。如果mutex已经被锁住,调用这个函数的线程阻塞直到mutex可用为止。这跟函数返回的时候参数mutex指定的mutex对象变成锁住状态, 同时该函数的调用线程成为该mutex对象的拥有者。
         如果mutex 对象的type是 PTHREAD_MUTEX_NORMAL,不进行deadlock detection(死锁检测)。企图进行relock 这个mutex会导致deadlock. 如果一个线程对未加锁的或已经unlock的mutex对象进行unlock操作,结果是不未知的。
         如果mutex类型是 PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK,那么将进行错误检查。如果一个线程企图对一个已经锁住的mutex进行relock,将返回一个错 误。如果一个线程对未加锁的或已经unlock的mutex对象进行unlock操作,将返回一个错误。
         如果mutex类型是 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE,mutex会有一个锁住次数(lock count)的概念。当一个线程成功地第一次锁住一个mutex的时候,锁住次数(lock count)被设置为1,每一次一个线程unlock这个mutex的时候,锁住次数(lock count)就减1。当锁住次数(lock count)减少为0的时候,其他线程就能获得该mutex锁了。如果一个线程对未加锁的或已经unlock的mutex对象进行unlock操作,将返 回一个错误。
        如果mutex类型是 PTHREAD_MUTEX_DEFAULT,企图递归的获取这个mutex的锁的结果是不确定的。unlock一个不是被调用线程锁住的mutex的结 果也是不确定的。企图unlock一个未被锁住的mutex导致不确定的结果。
        pthread_mutex_trylock()调用在参数mutex指定的mutex对象当前被锁住的时候立即返回,除此之外,pthread_mutex_trylock()跟pthread_mutex_lock()功能完全一样。
        pthread_mutex_unlock()函数释放有参数mutex指定的mutex对象的锁。如果被释放取决于该Mutex对象的类型属性。如果有多个线程为了获得该mutex锁阻塞,调用pthread_mutex_unlock()将是该mutex可用,一定的调度策略将被用来决定哪个线程可以获得该mutex锁。(在mutex类型为PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 的情况下,只有当lock count 减为0并且调用线程在该mutex上已经没有锁的时候)(翻译到这里,才觉得我的这个锁概念是多么模糊) 如果一个线程在等待一个mutex锁得时候收到了一个signal,那么在从signal handler返回的时候,该线程继续等待该mutex锁,就像这个线程没有被中断一样。
        返回值成功
        pthread_mutex_lock() 和 pthread_mutex_unlock() 返回0,否则返回一个错误的提示码
        pthread_mutex_trylock() 在成功获得了一个mutex的锁后返回0,否则返回一个错误提示码错误
        pthread_mutex_lock() 和 pthread_mutex_unlock()失败的时候 [EINVAL] mutex在生成的时候,它的protocol属性的值是 PTHREAD_PRIO_PROTECT,同时调用线程的优先级(priority)比该mutex的当前prority上限高
    pthread_mutex_trylock() 函数在一下情况会失败:
    [EBUSY] The mutex could not be acquired because it was already locked. mutex已经被锁住的时候无法再获取锁
    The pthread_mutex_lock(), pthread_mutex_trylock() and pthread_mutex_unlock() functions may fail if:
    [EINVAL] mutex指向的mutex未被初始化
    [EAGAIN] Mutex的lock count(锁数量)已经超过 递归索的最大值,无法再获得该mutex锁
    pthread_mutex_lock() 函数在一下情况下会失败:
    [EDEADLK] 当前线程已经获得该mutex锁
    pthread_mutex_unlock() 函数在以下情况下会失败:
     [EPERM] 当前线程不是该mutex锁的拥有者 所有的这些函数的错误返回值都不会是[EINTR]

    互斥锁

    互斥锁用来保证一段时间内只有一个线程在执行一段代码。必要性显而易见:假设各个线程向同一个文件顺序写入数据,最后得到的结果一定是灾难性的。

    我们先看下面一段代码。这是一个读/写程序,它们公用一个缓冲区,并且我们假定一个缓冲区只能保存一条信息。即缓冲区只有两个状态:有信息或没有信息。

    void reader_function ( void );
    void writer_function ( void );

    char buffer;
    int buffer_has_item=0;
    pthread_mutex_t mutex;
    struct timespec delay;
    void main ( void ){
    pthread_t reader;
    /* 定义延迟时间*/
    delay.tv_sec = 2;
    delay.tv_nec = 0;
    /* 用默认属性初始化一个互斥锁对象*/
    pthread_mutex_init (&mutex,NULL);
    pthread_create(&reader, pthread_attr_default, (void *)&reader_function), NULL);
    writer_function( );
    }

    void writer_function (void){
    while(1){
    /* 锁定互斥锁*/
    pthread_mutex_lock (&mutex);
    if (buffer_has_item==0){
    buffer=make_new_item( );
    buffer_has_item=1;
    }
    /* 打开互斥锁*/
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    pthread_delay_np(&delay);
    }
    }

    void reader_function(void){
    while(1){
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    if(buffer_has_item==1){
    consume_item(buffer);
    buffer_has_item=0;
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    pthread_delay_np(&delay);
    }
    }

    这里声明了互斥锁变量mutex,结构pthread_mutex_t为不公开的数据类型,其中包含一个系统分配的属性对象。函数 pthread_mutex_init用来生成一个互斥锁。NULL参数表明使用默认属性。如果需要声明特定属性的互斥锁,须调用函数 pthread_mutexattr_init。函数pthread_mutexattr_setpshared和函数 pthread_mutexattr_settype用来设置互斥锁属性。前一个函数设置属性pshared,它有两个取 值,PTHREAD_PROCESS_PRIVATE和PTHREAD_PROCESS_SHARED。前者用来不同进程中的线程同步,后者用于同步本进 程的不同线程。在上面的例子中,我们使用的是默认属性PTHREAD_PROCESS_ PRIVATE。后者用来设置互斥锁类型,可选的类型有PTHREAD_MUTEX_NORMAL、PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK、 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE和PTHREAD _MUTEX_DEFAULT。它们分别定义了不同的上所、解锁机制,一般情况下,选用最后一个默认属性。

    pthread_mutex_lock声明开始用互斥锁上锁,此后的代码直至调用pthread_mutex_unlock为止,均被上锁,即同一时间只 能被一个线程调用执行。当一个线程执行到pthread_mutex_lock处时,如果该锁此时被另一个线程使用,那此线程被阻塞,即程序将等待到另一 个线程释放此互斥锁。在上面的例子中,我们使用了pthread_delay_np函数,让线程睡眠一段时间,就是为了防止一个线程始终占据此函数。

    上面的例子非常简单,就不再介绍了,需要提出的是在使用互斥锁的过程中很有可能会出现死锁:两个线程试图同时占用两个资源,并按不同的次序锁定相应的互 斥锁,例如两个线程都需要锁定互斥锁1和互斥锁2,a线程先锁定互斥锁1,b线程先锁定互斥锁2,这时就出现了死锁。此时我们可以使用函数 pthread_mutex_trylock,它是函数pthread_mutex_lock的非阻塞版本,当它发现死锁不可避免时,它会返回相应的信 息,程序员可以针对死锁做出相应的处理。另外不同的互斥锁类型对死锁的处理不一样,但最主要的还是要程序员自己在程序设计注意这一点。

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