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Linux進程間鎖：保證程序穩(wěn)定運行的重要機制 (進程間鎖 linux)

在Linux系統(tǒng)中，如果多個進程同時訪問共享資源，就有可能出現競爭條件，導致程序崩潰、死鎖等問題。為了解決這個問題，Linux內核提供了進程間鎖機制，可以保證程序的穩(wěn)定運行。

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一、什么是進程間鎖

進程間鎖是Linux操作系統(tǒng)提供的多進程通信機制之一，它是一種鎖機制，通過鎖來控制進程對共享資源的訪問。進程間鎖有兩種：互斥鎖和讀寫鎖。

互斥鎖：是最常見的進程間鎖，保證在同一時刻只有一個進程能夠訪問共享資源。如果一個進程在使用共享資源時占用了鎖，那么其他進程就必須等待鎖的釋放才能訪問共享資源。

讀寫鎖：是一種特殊的互斥鎖，用于控制讀寫操作的并發(fā)性?？梢詫⒁粋€共享資源分為讀取和寫入兩個階段，多個進程可以同時讀取該共享資源，但只有一個進程能夠進行寫入操作。

進程間鎖一般是在內核空間實現的，可以通過系統(tǒng)調用函數進行調用。Linux內核提供了下面這些函數用于操作進程間鎖：

1. pthread_mutex_init 初始化互斥鎖

2. pthread_mutex_lock 加鎖

3. pthread_mutex_trylock 嘗試加鎖

4. pthread_mutex_unlock 解鎖

5. pthread_rwlock_init 初始化讀寫鎖

6. pthread_rwlock_rdlock 加讀鎖

7. pthread_rwlock_wrlock 加寫鎖

8. pthread_rwlock_unlock 解鎖

9. pthread_mutex_destroy 銷毀互斥鎖

10. pthread_rwlock_destroy 銷毀讀寫鎖

二、進程間鎖的作用

進程間鎖可以解決多個進程同時訪問共享資源的問題，保證程序的正常運行。假如沒有進程間鎖機制，如果多個進程同時訪問同一塊共享資源，就可能出現競爭條件，導致數據的不一致或者程序的死鎖。有了進程間鎖，就可以確保只有一個進程能夠訪問共享資源，避免了這些潛在的問題，保證了程序的穩(wěn)定性。

進程間鎖可以應用于多種情況，例如：

1、多個進程同時讀取或寫入一個文件時，需要使用讀寫鎖機制。

2、多個進程同時對一塊共享內存進行讀寫時，需要使用互斥鎖機制。

3、多個進程同時使用網絡服務、數據庫等公共服務時，需要使用互斥鎖或讀寫鎖機制。

三、進程間鎖的注意事項

1. 鎖的范圍：鎖的粒度必須控制在最小范圍內，避免一段不必要的代碼也被鎖住，從而影響程序的性能。

2. 鎖的粒度：讀寫鎖適合讀操作比較多的情況，互斥鎖適合寫操作比較頻繁的情況。

3. 鎖的調用次數：鎖的調用次數越少，程序的效率就越高。

4. 死鎖：死鎖是指多個進程之間相互等待對方的資源卻無法釋放自己的資源，從而導致程序崩潰。為了避免死鎖，需要規(guī)劃好進程之間的資源請求順序，盡量避免循環(huán)依賴的情況。

五、

進程間鎖是保證程序穩(wěn)定運行的重要機制之一，它能夠在多個進程同時訪問同一共享資源時起到控制的作用，保證多個進程能夠有序地訪問共享資源，避免了數據的不一致和程序崩潰的問題。在使用進程間鎖時，需要注意鎖的范圍和粒度，減少其調用次數，避免死鎖的發(fā)生。

相關問題拓展閱讀：

Linux系統(tǒng)內核首次加入鎖定功能
Linux多進程和線程同步的幾種方式

Linux系統(tǒng)內核首次加入鎖定功能

Linux之父林納斯·托瓦茲（Linus Torvalds）上周六宣布在新版Linux系統(tǒng)內晌亂核中首滾謹明次加入鎖定功能。

這項名為“l(fā)ockdown”的Linux內核新安全功能將作為L（Linux安全模塊）出現在即將發(fā)布的Linux 5.4版本當中。

該功能默認情況下處于關閉狀態(tài)，由于存在破壞現有系統(tǒng)的風險，因此用戶可選使用。這項新功能的主要目的是通過防止root帳戶與內核代碼進行交互來加強用戶態(tài)進程與內核代碼之間的鴻溝。

啟用后，新的“鎖定”功能將限制Linux某些內核功能，即使對于root用戶也大告是如此，這使得受到破壞的root帳戶更難于破壞其余的系統(tǒng)內核。

托瓦茲表示：“啟用后，各種內核功能都受到限制。 ” 這包括限制對內核功能的訪問，這些功能可能允許通過用戶級進程提供的代碼執(zhí)行任意代碼；阻止進程寫入或讀取/ dev / mem和/ dev / kmem內存；阻止對打開/ dev / port的訪問，以防止原始端口訪問；加強內核模塊簽名等。

Linux是一種自由和開放源碼的類UNIX 操作系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)的內核由林納斯·托瓦茲在1991年10月5日首次發(fā)布。在加上用戶空間的應用程序之后，成為 Linux 操作系統(tǒng)。Linux也是最著名的自由軟件和開放源代碼軟件。只要遵循GNU 通用公共許可證（GPL），任何個人和機構都可以自由地使用Linux 的所有底層源代碼，也可以自由地修改和再發(fā)布。

Linux多進程和線程同步的幾種方式

Linux 線程同步的橘螞笑三種方法

線程的更大特點是資源的共享性，但資源共享中的同步問題是多線程編程的難點。linux下提供了多種方式來處理線程同步，最常用的是互斥鎖、條件變量和信號量。

一、互斥鎖(mutex)

通過鎖機制實現線程間的同步。

初始化鎖。在Linux下，線程的互斥量數據類型是pthread_mutex_t。在使用前,要對它進行初始化。

靜態(tài)分配：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

動態(tài)分配：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);

加鎖。對共享資源的訪問，要對互斥量進行加鎖，如果互斥量已經上了鎖，調用線程會阻塞，直到互斥量被解鎖。

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

解鎖。在完成了對共享資源的訪問后，要對互斥量進行解鎖。

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

銷毀鎖。鎖在是使用完成后，需要進行銷毀以釋放資源。

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);

view plain copy

#include

#include “iostream”

using namespace std;

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int tmp;

void* thread(void *arg)

{

cout

#include

#include “stdlib.h”

#include “unistd.h”

pthread_mutex_t mutex;

pthread_cond_t cond;

void hander(void *arg)

{

free(arg);

(void)pthread_mutex_unlock(&mutex);

}

void *thread1(void *arg)

{

pthread_cleanup_push(hander, &mutex);

while(1)

{

printf(“thread1 is running\n”);

pthread_mutex_lock(&mutex);

pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

printf(“thread1 applied the condition\n”);

pthread_mutex_unlock(&mutex);

sleep(4);

}

pthread_cleanup_pop(0);

}

void *thread2(void *arg)

{

while(1)

{

printf(“thread2 is running\n”);

pthread_mutex_lock(&mutex);

pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

printf(“thread2 applied the condition\n”);

pthread_mutex_unlock(&mutex);

sleep(1);

}

int main()

{

pthread_t thid1,thid2;

printf(“condition variable study!\n”);

pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

pthread_cond_init(&cond, NULL);

pthread_create(&thid1, NULL, thread1, NULL);

pthread_create(&thid2, NULL, thread2, NULL);

sleep(1);

{

pthread_cond_signal(&cond);

}while(1);

sleep(20);

pthread_exit(0);

return 0;

}

view plain copy

#include

#include “stdio.h”

#include “stdlib.h”

static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

struct node

{

int n_number;

struct node *n_next;

}*head = NULL;

static void cleanup_handler(void *arg)

{

printf(“Cleanup handler of second thread./n”);

free(arg);

(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);

}

static void *thread_func(void *arg)

{

struct node *p = NULL;

pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);

while (1)

{

//這個mutex主要是用來保證pthread_cond_wait的并發(fā)性

pthread_mutex_lock(&mtx);

while (head == NULL)

{

//這個while要特別說明一下，單個pthread_cond_wait功能很完善，為何

//這里要有一個while (head == NULL)呢？因為pthread_cond_wait里的線

//程可能會被意外喚醒，如果這個時候head != NULL，則不是我們想要的情況。

//這個時候，應該讓線程繼續(xù)進入pthread_cond_wait

// pthread_cond_wait會先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mtx，

//然后阻塞在等待對列里休眠，直到再次被喚醒(大多數情況下是等待的條件成立

//而被喚醒，喚醒后，該進程會先鎖定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再讀取資源

//用這個流程是比較清楚的

pthread_cond_wait(&cond, &mtx);

p = head;

head = head->n_next;

printf(“Got %d from front of queue/n”, p->n_number);

free(p);

}

pthread_mutex_unlock(&mtx); //臨界區(qū)數據操作完畢，釋放互斥鎖

}

pthread_cleanup_pop(0);

return 0;

}

int main(void)

{

pthread_t tid;

int i;

struct node *p;

//子線程會一直等待資源，類似生產者和消費者，但是這里的消費者可以是多個消費者，而

//不僅僅支持普通的單個消費者，這個模型雖然簡單，但是很強大

pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);

sleep(1);

for (i = 0; i n_number = i;

pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head這個臨界資源，先加鎖，

p->n_next = head;

head = p;

pthread_cond_signal(&cond);

pthread_mutex_unlock(&mtx); //解鎖

sleep(1);

}

printf(“thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n”);

//關于pthread_cancel，有一點額外的說明，它是從外部終止子線程，子線程會在最近的取消點，退出

//線程，而在我們的代碼里，最近的取消點肯定就是pthread_cond_wait()了。

pthread_cancel(tid);

pthread_join(tid, NULL);

printf(“All done — exiting/n”);

return 0;

}

三、信號量(sem)

如同進程一樣，線程也可以通過信號量來實現通信，雖然是輕量級的。信號量函數的名字都以”sem_”打頭。線程使用的基本信號量函數有四個。

信號量初始化。

int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);

這是對由sem指定的信號量進行初始化，設置好它的共享選項(linux 只支持為0，即表示它是當前進程的局部信號量)，然后給它一個初始值VALUE。

等待信號量。給信號量減1，然后等待直到信號量的值大于0。

int sem_wait(sem_t *sem);

釋放信號量。信號量值加1。并通知其他等待線程。

int sem_post(sem_t *sem);

銷毀信號量。我們用完信號量后都它進行清理。歸還占有的一切資源。

int sem_destroy(sem_t *sem);

view plain copy

#include

#define return_if_fail(p) if((p) == 0){printf (“:func error!/n”, __func__);return;}

typedef struct _PrivInfo

{

sem_t s1;

sem_t s2;

time_t end_time;

}PrivInfo;

static void info_init (PrivInfo* thiz);

static void info_destroy (PrivInfo* thiz);

static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz);

static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz);

int main (int argc, char** argv)

{

pthread_t pt_1 = 0;

pthread_t pt_2 = 0;

int ret = 0;

PrivInfo* thiz = NULL;

thiz = (PrivInfo* )malloc (sizeof (PrivInfo));

if (thiz == NULL)

{

printf (“: Failed to malloc priv./n”);

return -1;

}

info_init (thiz);

ret = pthread_create (&pt_1, NULL, (void*)pthread_func_1, thiz);

if (ret != 0)

{

perror (“pthread_1_create:”);

}

ret = pthread_create (&pt_2, NULL, (void*)pthread_func_2, thiz);

if (ret != 0)

{

perror (“pthread_2_create:”);

}

pthread_join (pt_1, NULL);

pthread_join (pt_2, NULL);

info_destroy (thiz);

return 0;

}

static void info_init (PrivInfo* thiz)

{

return_if_fail (thiz != NULL);

thiz->end_time = time(NULL) + 10;

sem_init (&thiz->s1, 0, 1);

sem_init (&thiz->s2, 0, 0);

return;

}

static void info_destroy (PrivInfo* thiz)

{

return_if_fail (thiz != NULL);

sem_destroy (&thiz->s1);

sem_destroy (&thiz->s2);

free (thiz);

thiz = NULL;

return;

}

static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz)

{

return_if_fail(thiz != NULL);

while (time(NULL) end_time)

{

sem_wait (&thiz->s2);

printf (“pthread1: pthread1 get the lock./n”);

sem_post (&thiz->s1);

printf (“pthread1: pthread1 unlock/n”);

sleep (1);

}

return;

}

static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz)

{

return_if_fail (thiz != NULL);

while (time (NULL) end_time)

{

sem_wait (&thiz->s1);

printf (“pthread2: pthread2 get the unlock./n”);

sem_post (&thiz->s2);

printf (“pthread2: pthread2 unlock./n”);

sleep (1);

}

return;

}

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成都創(chuàng)新互聯(lián)10余年專注成都高端網站建設定制開發(fā)服務,為客戶提供專業(yè)的成都網站制作,成都網頁設計,成都網站設計服務;成都創(chuàng)新互聯(lián)服務內容包含成都網站建設，小程序開發(fā)，營銷網站建設，網站改版，服務器托管租用等互聯(lián)網服務。

當前題目：Linux進程間鎖：保證程序穩(wěn)定運行的重要機制 (進程間鎖 linux)
網頁路徑：http://m.fisionsoft.com.cn/article/dpjcgps.html

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Linux多進程和線程同步的幾種方式

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