Linux線程互斥是如何實(shí)現(xiàn)的，大牛來詳細(xì)分析

　　一还绘、互斥鎖

　　為啥要有互斥?

　　多個(gè)進(jìn)程/線程執(zhí)行的先后順序不確定楚昭，何時(shí)切出CPU也不確定。

　　多個(gè)進(jìn)程/線程訪問變量的動作往往不是原子的拍顷。

　　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(jìn)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)用者抚太，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)里的指針昔案，這個(gè)指針會頻繁使用尿贫，所以把這個(gè)地址放到寄存器里，用著好找踏揣。

　∏焱觥①設(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(jìn)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(jìn)行解鎖捞稿。

　　具體說一下trylock函數(shù), 這個(gè)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)又谋。

　　鎖粒度(盡量小)：臨界區(qū)操作個(gè)數(shù)，執(zhí)行時(shí)間的長短

　　int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

　　//加鎖：如果是1娱局，置0彰亥，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(cuò)則返回錯(cuò)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(jìn)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(gè)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(cuò)則返回錯(cuò)誤編號.

　　說明: 如果使用默認(rèn)的屬性初始化互斥量, 只需把a(bǔ)ttr設(shè)為NULL. 其他值在以后講解衰齐。

　　2. 死鎖

　　(1)死鎖的兩種情況：

　　情況1：

　　如果兩個(gè)線程先后調(diào)用兩次lock任斋，第二次調(diào)用lock時(shí)，由于鎖已被占用娇斩，該線程會掛起等待別的線程釋放鎖仁卷，然后鎖正是被自己占用著的，該線程又被掛起不能釋放鎖犬第，因此就永遠(yuǎn)處于掛起等待狀態(tài)了锦积，這就叫死鎖。

　　情況2：

　　有線程A歉嗓、B丰介。A獲得鎖1，B獲得鎖2鉴分，此時(shí)A調(diào)用lock企圖獲得鎖2哮幢，結(jié)果是需要掛起等待B釋放鎖2，而此時(shí)B也調(diào)用了lock企圖獲得鎖1志珍，結(jié)果是B掛起等待A釋放鎖1橙垢，于是乎A、B永遠(yuǎn)處于掛起狀態(tài)伦糯。

　　(2)避免的死鎖的原則

　　死鎖主要發(fā)生在有多個(gè)依賴鎖存在時(shí),會在一個(gè)線程試圖以與另一個(gè)線程相反順序鎖住互斥量時(shí)發(fā)生.如何避免死鎖是使用互斥量應(yīng)該格外注意的東西柜某。

　　總體來講, 有幾個(gè)不成文的基本原則:

　　對共享資源操作前一定要獲得鎖嗽元。

　　完成操作以后一定要釋放鎖。

　　盡量短時(shí)間地占用鎖喂击。

　　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剂癌。

　　線程錯(cuò)誤返回時(shí)應(yīng)該釋放它所獲得的鎖。

　　寫程序是盡量避免同時(shí)獲得多個(gè)鎖翰绊，如果一定要這么做佩谷，則遵循一個(gè)原則：如果所有線程在需要多個(gè)鎖時(shí)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)死鎖监嗜。

　　mutex互斥信號量鎖住的不是一個(gè)變量谐檀，而是阻塞住一段程序。如果對一個(gè)mutex變量testlock,執(zhí)行了第一次pthread_mutex_lock(testlock)之后秤茅，在unlock之前的這段時(shí)間內(nèi)稚补，如果有其他線程也執(zhí)行到了pthread_mutex_lock，這個(gè)線程就會阻塞住框喳，直到之前的線程unlock之后才能執(zhí)行课幕，由此，實(shí)現(xiàn)同步五垮，也就達(dá)到保護(hù)臨界區(qū)資源的目的乍惊。

　　為了實(shí)現(xiàn)互斥操作，大多數(shù)體系結(jié)構(gòu)提供了swap或exchange指令放仗，該指令的作用是把寄存器和內(nèi)存單元的數(shù)據(jù)交換润绎，由于只有一條指令，保證了原子性诞挨。即使是多處理器平臺莉撇，訪問內(nèi)存的總線周期也有先后，一個(gè)處理器的交換指令執(zhí)行時(shí)另一個(gè)處理器的交換指令只能等待總線周期惶傻。

　　(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)代碼邏輯清晰棍郎，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银室，信號線用于線程的同步涂佃。

　　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)別蜈敢。

　　互斥：是指某一資源同時(shí)只允許一個(gè)訪問者對其進(jìn)行訪問辜荠，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抓狭，即訪問是無序的伯病。

　　同步：是指在互斥的基礎(chǔ)上(大多數(shù)情況)，通過其它機(jī)制實(shí)現(xiàn)訪問者對資源的有序訪問否过。在大多數(shù)情況下狱从，同步已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了互斥膨蛮，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(gè)訪問者同時(shí)訪問資源

　　互斥量值只能為0/1季研，信號量值可以為非負(fù)整數(shù)。

　　也就是說誉察，一個(gè)互斥量只能用于一個(gè)資源的互斥訪問与涡，它不能實(shí)現(xiàn)多個(gè)資源的多線程互斥問題。信號量可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)同類資源的多線程互斥和同步持偏。當(dāng)信號量為單值信號量是驼卖，也可以完成一個(gè)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)使用鸿秆，信號量可以由一個(gè)線程釋放酌畜，另一個(gè)線程得到。

　　4. 線程安全和可重入

　　可重入函數(shù)：在多個(gè)執(zhí)行流中被同時(shí)調(diào)用不會存在問題卿叽。

　　線程安全函數(shù)：在多線程中被同時(shí)調(diào)用不會存在問題桥胞。

　　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(shí)考婴，放棄CPU贩虾，好讓別人使用CPU。自旋鎖阻塞在pthread_spin_lock時(shí)沥阱，不會釋放CPU缎罢，不斷向cup詢問可以用了不。

　　三考杉、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(shí)現(xiàn)

　　#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

　　策精、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(jìn)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

　　http://www.makeru.com.cn/live/1392_715.html?s=45051

Linux線程互斥是如何實(shí)現(xiàn)的席函，大牛來詳細(xì)分析