Linux进程间锁：保证程序稳定运行的重要机制 (进程间锁 linux)
在Linux系统中，如果多个进程同时访问共享资源，就有可能出现竞争条件，导致程序崩溃、死锁等问题。为了解决这个问题，Linux内核提供了进程间锁机制，可以保证程序的稳定运行。
一、什么是进程间锁
进程间锁是Linux操作系统提供的多进程通信机制之一，它是一种锁机制，通过锁来控制进程对共享资源的访问。进程间锁有两种：互斥锁和读写锁。
互斥锁：是最常见的进程间锁，保证在同一时刻只有一个进程能够访问共享资源。如果一个进程在使用共享资源时占用了锁，那么其他进程就必须等待锁的释放才能访问共享资源。
读写锁：是一种特殊的互斥锁，用于控制读写操作的并发性。可以将一个共享资源分为读取和写入两个阶段，多个进程可以同时读取该共享资源，但只有一个进程能够进行写入操作。
进程间锁一般是在内核空间实现的，可以通过系统调用函数进行调用。Linux内核提供了下面这些函数用于操作进程间锁：
1. pthread_mutex_init 初始化互斥锁
2. pthread_mutex_lock 加锁
3. pthread_mutex_trylock 尝试加锁
4. pthread_mutex_unlock 解锁
5. pthread_rwlock_init 初始化读写锁
6. pthread_rwlock_rdlock 加读锁
7. pthread_rwlock_wrlock 加写锁
8. pthread_rwlock_unlock 解锁
9. pthread_mutex_destroy 销毁互斥锁
10. pthread_rwlock_destroy 销毁读写锁
二、进程间锁的作用
进程间锁可以解决多个进程同时访问共享资源的问题，保证程序的正常运行。假如没有进程间锁机制，如果多个进程同时访问同一块共享资源，就可能出现竞争条件，导致数据的不一致或者程序的死锁。有了进程间锁，就可以确保只有一个进程能够访问共享资源，避免了这些潜在的问题，保证了程序的稳定性。
进程间锁可以应用于多种情况，例如：
1、多个进程同时读取或写入一个文件时，需要使用读写锁机制。
2、多个进程同时对一块共享内存进行读写时，需要使用互斥锁机制。
3、多个进程同时使用网络服务、数据库等公共服务时，需要使用互斥锁或读写锁机制。
三、进程间锁的注意事项
1. 锁的范围：锁的粒度必须控制在最小范围内，避免一段不必要的代码也被锁住，从而影响程序的性能。
2. 锁的粒度：读写锁适合读操作比较多的情况，互斥锁适合写操作比较频繁的情况。
3. 锁的调用次数：锁的调用次数越少，程序的效率就越高。
4. 死锁：死锁是指多个进程之间相互等待对方的资源却无法释放自己的资源，从而导致程序崩溃。为了避免死锁，需要规划好进程之间的资源请求顺序，尽量避免循环依赖的情况。
五、
进程间锁是保证程序稳定运行的重要机制之一，它能够在多个进程同时访问同一共享资源时起到控制的作用，保证多个进程能够有序地访问共享资源，避免了数据的不一致和程序崩溃的问题。在使用进程间锁时，需要注意锁的范围和粒度，减少其调用次数，避免死锁的发生。
相关问题拓展阅读：
Linux系统内核首次加入锁定功能
Linux之父林纳斯·托瓦兹（Linus Torvalds）上周六宣布在新版Linux系统内晌乱核中首滚谨明次加入锁定功能。
这项名为“lockdown”的Linux内核新安全功能将作为L（Linux安全模块）出现在即将发布的Linux 5.4版本当中。
该功能默认情况下处于关闭状态，由于存在破坏现有系统的风险，因此用户可选使用。这项新功能的主要目的是通过防止root帐户与内核代码进行交互来加强用户态进程与内核代码之间的鸿沟。
启用后，新的“锁定”功能将限制Linux某些内核功能，即使对于root用户也大告是如此，这使得受到破坏的root帐户更难于破坏其余的系统内核。
托瓦兹表示：“启用后，各种内核功能都受到限制。 ” 这包括限制对内核功能的访问，这些功能可能允许通过用户级进程提供的代码执行任意代码；阻止进程写入或读取/ dev / mem和/ dev / kmem内存；阻止对打开/ dev / port的访问，以防止原始端口访问；加强内核模块签名等。
Linux是一种自由和开放源码的类UNIX 操作系统。该操作系统的内核由林纳斯·托瓦兹在1991年10月5日首次发布。在加上用户空间的应用程序之后，成为 Linux 操作系统。Linux也是最著名的自由软件和开放源代码软件。只要遵循GNU 通用公共许可证（GPL），任何个人和机构都可以自由地使用Linux 的所有底层源代码，也可以自由地修改和再发布。
Linux多进程和线程同步的几种方式
Linux 线程同步的橘蚂笑三种方法
线程的更大特点是资源的共享性，但资源共享中的同步问题是多线程编程的难点。linux下提供了多种方式来处理线程同步，最常用的是互斥锁、条件变量和信号量。
一、互斥锁(mutex)
通过锁机制实现线程间的同步。
初始化锁。在Linux下，线程的互斥量数据类型是pthread_mutex_t。在使用前,要对它进行初始化。
静态分配：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
动态分配：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);
加锁。对共享资源的访问，要对互斥量进行加锁，如果互斥量已经上了锁，调用线程会阻塞，直到互斥量被解锁。
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
解锁。在完成了对共享资源的访问后，要对互斥量进行解锁。
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
销毁锁。锁在是使用完成后，需要进行销毁以释放资源。
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);
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#include
#include
#include
#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);
do
{
pthread_cond_signal(&cond);
}while(1);
sleep(20);
pthread_exit(0);
return 0;
}
view plain copy
#include
#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)
{
//这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性
pthread_mutex_lock(&mtx);
while (head == NULL)
{
//这个while要特别说明一下，单个pthread_cond_wait功能很完善，为何
//这里要有一个while (head == NULL)呢？因为pthread_cond_wait里的线
//程可能会被意外唤醒，如果这个时候head != NULL，则不是我们想要的情况。
//这个时候，应该让线程继续进入pthread_cond_wait
// pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx，
//然后阻塞在等待对列里休眠，直到再次被唤醒(大多数情况下是等待的条件成立
//而被唤醒，唤醒后，该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再读取资源
//用这个流程是比较清楚的
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); //临界区数据操作完毕，释放互斥锁
}
pthread_cleanup_pop(0);
return 0;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
int i;
struct node *p;
//子线程会一直等待资源，类似生产者和消费者，但是这里的消费者可以是多个消费者，而
//不仅仅支持普通的单个消费者，这个模型虽然简单，但是很强大
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这个临界资源，先加锁，
p->n_next = head;
head = p;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //解锁
sleep(1);
}
printf(“thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n”);
//关于pthread_cancel，有一点额外的说明，它是从外部终止子线程，子线程会在最近的取消点，退出
//线程，而在我们的代码里，最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。
pthread_cancel(tid);
pthread_join(tid, NULL);
printf(“All done — exiting/n”);
return 0;
}
三、信号量(sem)
如同进程一样，线程也可以通过信号量来实现通信，虽然是轻量级的。信号量函数的名字都以”sem_”打头。线程使用的基本信号量函数有四个。
信号量初始化。
int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);
这是对由sem指定的信号量进行初始化，设置好它的共享选项(linux 只支持为0，即表示它是当前进程的局部信号量)，然后给它一个初始值VALUE。
等待信号量。给信号量减1，然后等待直到信号量的值大于0。
int sem_wait(sem_t *sem);
释放信号量。信号量值加1。并通知其他等待线程。
int sem_post(sem_t *sem);
销毁信号量。我们用完信号量后都它进行清理。归还占有的一切资源。
int sem_destroy(sem_t *sem);
view plain copy
#include
#include
#include
#include
#include
#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;
}
3、进程管理及理解和增加Linux系统调用??
操作系统作业？！
