一、互斥鎖
為啥要有互斥?
多個進程/線程執(zhí)行的先后順序不確定，何時切出CPU也不確定。
多個進程/線程訪問變量的動作往往不是原子的。
1. 操作步驟
(1)創(chuàng)建鎖
// 創(chuàng)建互斥鎖mutex
pthread_mutex_t mutex;
(2)初始化鎖
在Linux下, 線程的互斥量數(shù)據(jù)類型是pthread_mutex_t 在使用前, 要對它進行初始化:
初始化的兩種方法：(推薦使用第二種)
1.靜態(tài)分配
pthread_mutex mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
2.動態(tài)分配
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const
pthread_mutexattr_t *restrict attr);
mutex: 要初始化的互斥量(restrict的作用是告訴調(diào)用者，不要改變指針的指向)
attr：鎖的屬性，一般寫NULL
加restrict的作用：只用于修飾函數(shù)參數(shù)里的指針，這個指針會頻繁使用，所以把這個地址放到寄存器里，用著好找。
?、僭O(shè)置線程的屬性
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);//初始化線程屬性
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);//銷毀線程屬性
Thread attributes(線程屬性):
線程的分離屬性: Detach state=PTHREAD_CREATE_DETACHED
線程的競爭范圍: Scope = PTHREAD_SCOPE_SYSTEM
是否繼承調(diào)度策略: Inherit scheduler = PTHREAD_EXPLICIT_SCHED
調(diào)度策略: Scheduling policy = SCHED_OTHER
調(diào)度優(yōu)先級: Scheduling priority = 0
線程棧之間的保留區(qū)域: Guard size = 4096 bytes
自己指定棧地址: Stack address = 0x40197000
棧大小: Stack size = 0x3000000 bytes
//設(shè)置線程的分離屬性
int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
//detachstate：有以下兩種選擇
PTHREAD_CREATE_DETACHED：設(shè)置成分離態(tài)
PTHREAD_CREATE_JOINABLE：設(shè)置成可結(jié)合態(tài)
//獲取線程的分離屬性
int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int
*detachstate);
//int *detachstate：輸出型參數(shù)，將分離屬性存放在該變量里
(3)上鎖 && 解鎖
對共享資源的訪問, 要對互斥量進行加鎖, 如果互斥量已經(jīng)上了鎖, 調(diào)用線程會阻塞, 直到互斥量被解鎖.
在完成了對共享資源的訪問后,要對互斥量進行解鎖。
具體說一下trylock函數(shù), 這個函數(shù)是非阻塞調(diào)用模式, 也就是說, 如果互斥量沒被鎖住, trylock函數(shù)將把互斥量加鎖,
并獲得對共享資源的訪問權(quán)限; 如果互斥量被鎖住了, trylock函數(shù)將不會阻塞等待而直接返回EBUSY, 表示共享資源處于忙狀態(tài)。
鎖粒度(盡量小)：臨界區(qū)操作個數(shù)，執(zhí)行時間的長短
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
//加鎖：如果是1，置0，返回
// 如果是0，阻塞
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);//非阻塞加鎖
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); //解鎖
返回值: 成功則返回0, 出錯則返回錯誤編號.
(4)銷毀互斥鎖
對于動態(tài)分配的互斥量, 在申請內(nèi)存(malloc)之后, 通過pthread_mutex_init進行初始化,
并且在釋放內(nèi)存(free)前需要調(diào)用pthread_mutex_destroy.
注意：
使用PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER初始化的互斥量不需要銷毀
不要銷毀一個已經(jīng)加鎖的互斥量
已銷毀的互斥量要確保后面不會有線程嘗試加鎖
pthread_mutex_destroy(&lock); //銷毀
返回值: 成功則返回0, 出錯則返回錯誤編號.
說明: 如果使用默認(rèn)的屬性初始化互斥量, 只需把attr設(shè)為NULL. 其他值在以后講解。
2. 死鎖
(1)死鎖的兩種情況：
情況1：
如果兩個線程先后調(diào)用兩次lock，第二次調(diào)用lock時，由于鎖已被占用，該線程會掛起等待別的線程釋放鎖，然后鎖正是被自己占用著的，該線程又被掛起不能釋放鎖，因此就永遠(yuǎn)處于掛起等待狀態(tài)了，這就叫死鎖。
情況2：
有線程A、B。A獲得鎖1，B獲得鎖2，此時A調(diào)用lock企圖獲得鎖2，結(jié)果是需要掛起等待B釋放鎖2，而此時B也調(diào)用了lock企圖獲得鎖1，結(jié)果是B掛起等待A釋放鎖1，于是乎A、B永遠(yuǎn)處于掛起狀態(tài)。
(2)避免的死鎖的原則
死鎖主要發(fā)生在有多個依賴鎖存在時,會在一個線程試圖以與另一個線程相反順序鎖住互斥量時發(fā)生.如何避免死鎖是使用互斥量應(yīng)該格外注意的東西。
總體來講, 有幾個不成文的基本原則:
對共享資源操作前一定要獲得鎖。
完成操作以后一定要釋放鎖。
盡量短時間地占用鎖。
如果有多鎖, 如獲得順序是ABC連環(huán)扣, 釋放順序也應(yīng)該是ABC。
線程錯誤返回時應(yīng)該釋放它所獲得的鎖。
寫程序是盡量避免同時獲得多個鎖，如果一定要這么做，則遵循一個原則：如果所有線程在需要多個鎖時都按相同的先后順序(常見是按mutex變量的地址順序)獲得鎖，則不會出現(xiàn)死鎖。
mutex互斥信號量鎖住的不是一個變量，而是阻塞住一段程序。如果對一個mutex變量testlock,執(zhí)行了第一次pthread_mutex_lock(testlock)之后，在unlock之前的這段時間內(nèi)，如果有其他線程也執(zhí)行到了pthread_mutex_lock，這個線程就會阻塞住，直到之前的線程unlock之后才能執(zhí)行，由此，實現(xiàn)同步，也就達(dá)到保護臨界區(qū)資源的目的。
為了實現(xiàn)互斥操作，大多數(shù)體系結(jié)構(gòu)提供了swap或exchange指令，該指令的作用是把寄存器和內(nèi)存單元的數(shù)據(jù)交換，由于只有一條指令，保證了原子性。即使是多處理器平臺，訪問內(nèi)存的總線周期也有先后，一個處理器的交換指令執(zhí)行時另一個處理器的交換指令只能等待總線周期。
(3)臨界區(qū)代碼原則
短——臨界區(qū)代碼簡潔明了;
平——臨界區(qū)代碼邏輯清晰，沒有復(fù)雜的函數(shù)調(diào)用尤其是盡量不要申請其他互斥資源;
快：臨界區(qū)代碼執(zhí)行速度快。
3. 互斥鎖和信號量的區(qū)別
互斥量用于線程的互斥，信號線用于線程的同步。
這是互斥量和信號量的根本區(qū)別，也就是互斥和同步之間的區(qū)別。
互斥：是指某一資源同時只允許一個訪問者對其進行訪問，具有唯一性和排它性。但互斥無法限制訪問者對資源的訪問順序，即訪問是無序的。
同步：是指在互斥的基礎(chǔ)上(大多數(shù)情況)，通過其它機制實現(xiàn)訪問者對資源的有序訪問。在大多數(shù)情況下，同步已經(jīng)實現(xiàn)了互斥，特別是所有寫入資源的情況必定是互斥的。少數(shù)情況是指可以允許多個訪問者同時訪問資源
互斥量值只能為0/1，信號量值可以為非負(fù)整數(shù)。
也就是說，一個互斥量只能用于一個資源的互斥訪問，它不能實現(xiàn)多個資源的多線程互斥問題。信號量可以實現(xiàn)多個同類資源的多線程互斥和同步。當(dāng)信號量為單值信號量是，也可以完成一個資源的互斥訪問。
互斥量的加鎖和解鎖必須由同一線程分別對應(yīng)使用，信號量可以由一個線程釋放，另一個線程得到。
4. 線程安全和可重入
可重入函數(shù)：在多個執(zhí)行流中被同時調(diào)用不會存在問題。
線程安全函數(shù)：在多線程中被同時調(diào)用不會存在問題。
可重入函數(shù)一般情況下都是線程安全的
線程安全函數(shù)不一定是可重入函數(shù)
二、自旋鎖
1. 操作步驟
//1. 定義自旋鎖
pthread_spinlock_t spin;
//2. 初始化自旋鎖
int pthread_spin_init(pthread_spinlock_t *lock, int pshared);
//3. 上鎖
int pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t *lock);
int pthread_spin_trylock(pthread_spinlock_t *lock);
//4. 解鎖
int pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t *lock);
//5. 銷毀鎖
int pthread_spin_destroy(pthread_spinlock_t *lock);
2. 自旋鎖和互斥鎖的區(qū)別
互斥鎖是當(dāng)阻塞在pthread_mutex_lock時，放棄CPU，好讓別人使用CPU。自旋鎖阻塞在pthread_spin_lock時，不會釋放CPU，不斷向cup詢問可以用了不。
三、讀寫鎖
1. 讀寫鎖的規(guī)則
讀讀共享
讀寫排他
寫寫排他
寫優(yōu)先級高
2. 操作步驟
// 1. 定義鎖
pthread_rwlock_t lock;
// 2. 初始化
pthread_rwlock_init(&lock, NULL);
// 3. 讀鎖
pthread_rwlock_rdlock(&lock);
pthread_rwlock_wrlock(&lock);
// 4. 解鎖
pthread_rwlock_unlock(&lock);
// 5. 銷毀鎖
pthread_rwlock_destroy(&lock);
3. 代碼實現(xiàn)
#include
#include
#include
#include
int g_count;
pthread_rwlock_t rw;
void* route_read(void* arg)
{
int id = (int)arg;
free(arg);
while(1)
{
pthread_rwlock_rdlock(&rw);
printf("%d read_pthread : %d\n", id, g_count);
pthread_rwlock_unlock(&rw);
usleep(100000);
}
}
void* route_write(void* arg)
{
int id = (int)arg;
free(arg);
while(1)
{
pthread_rwlock_wrlock(&rw);
printf("%d write_pthread : %d\n", id, ++g_count);
pthread_rwlock_unlock(&rw);
usleep(100000);
}
}
int main()
{
pthread_t w1, r1, r2, r3;
pthread_rwlock_init(&rw, NULL);
int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
*p = 1;
pthread_create(&w1, NULL, route_write, p);
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
*p1 = 1;
pthread_create(&r1, NULL, route_read, p1);
int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int));
*p2 = 2;
pthread_create(&r2, NULL, route_read, p2);
int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int));
*p3 = 3;
pthread_create(&r3, NULL, route_read, p3);
pthread_join(w1, NULL);
pthread_join(r1, NULL);
pthread_join(r2, NULL);
pthread_join(r3, NULL);
pthread_rwlock_destroy(&rw);
}
Linux視頻學(xué)習(xí)資料
、Linux線程互斥的視頻資料
http://www.makeru.com.cn/live/1392_715.html?s=45051
高版本linux內(nèi)核移植
http://www.makeru.com.cn/live/3483_1570.html?s=45051
linux下的IO模型
http://www.makeru.com.cn/live/4011_1565.html?s=45051
Linux多線程編程"陷阱"
http://www.makeru.com.cn/live/5413_1908.html?s=45051
linux下進程線程間通信原理解析
http://www.makeru.com.cn/live/3485_1591.html?s=45051
Linux開發(fā)必備：TCP編程
http://www.makeru.com.cn/live/3485_1633.html?s=45051
Linux線程互斥
