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详解Linux多线程中互斥锁、读写锁、自旋锁、条件变量、信号量

---- Hello、Hello大家好,我是木荣,今天我们继续来聊一聊Linux中多线程编程中的重要知识点,详细谈谈多线程中同步和互斥机制。 同步和互斥 互斥:多线程中互斥是指多个线程访问同一资源时同时只允许一个线程对其进行访问,具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序,即访问是无序的; 同步:多线程同步是指在互斥的基础上(大多数情况),通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下,同步已经实现了互斥,特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源

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CreateMutex、WaitForSingleObject、ReleaseMutex——创建互斥对象

CreateMutex CreateMutex作用是找出当前系统是否已经存在指定进程的实例。如果没有则创建一个互斥体。 互斥对象是系统内核维护的一种数据结构,它保证了对象对单个线程的访问权 互斥对象的结构:包含了一个使用数量,一个线程ID,一个计数器 使用数量是指有多少个线程在调用该对象,线程ID是指互斥对象维护的线程的ID 计数器表示当前线程调用该对象的次数 声明 HANDLE CreateMutex( LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes, // 指向安全属性的指针 BOOLbInitialOwner, // 初始化互斥对象的所有者 LPCTSTRlpName // 指向互斥对象名的指针 ); 说明 创建一个互斥体(MUTEX) 返回值 Long,如执行成功,就返回互斥体对象的句柄;零表示出错。会设置GetLastError。即使返回的是一个有效句柄,但倘若指定的名字已经存在,GetLastError也会设为ERROR_ALREADY_EXISTS 参数表 参数 类型及说明lpMutexAttributes SECURITY_ATTRIBUTES,指定一个SECURITY_ATTRIBUTES结构,或传递零值(将参数声明为ByVal As Long,并传递零值),表示使用不允许继承的默认描述符 bInitialOwner Long,如创建进程希望立即拥有互斥体,则设为TRUE。一个互斥体同时只能由一个线程拥有 lpName String,指定互斥体对象的名字。用vbNullString创建一个未命名的互斥体对象。如已经存在拥有这个名字的一个事件,则打开现有的已命名互斥体。这个名字可能不与现有的事件、信号机、可等待计时器或文件映射相符它的具体作用是每调用它一次将互斥对象的计数器减一,直到减到零为止,此时释放互斥对象,并将互斥对象中的线程id 置零。 它的使用条件是,互斥对象在哪个线程中被创建,就在哪个线程里面释放。因为调用的时候会检查当前线程的id是不是与互斥对象中保存的id一致,若一致,则此次操作有效,不一致,则无效。 注解编辑 一旦不再需要,注意必须用CloseHandle函数将互斥体句柄关闭。从属于它的所有句柄都被关闭后,就会删除对象线程中止前,一定要调用ReleaseMutex释放互斥体,如不慎未采取这个措施,就会将这个互斥体标记为废弃(下一个释放的等待函数会返回WAIT_ABANDONED),并自动释放所有权。共享这个互斥体的其他应用程序也许仍 然能够用它,但会接收到一个废弃状态信息,指出上一个所有进程未能正常关闭。这种状况是否会造成影响取决于涉及到的具体应用程序。在Windows系统中,线程可以在等待函数中指定一个此线程已经拥有的互斥体,由于Windows的防死锁机制,这种做法不会阻止此线程的运行。 使用例子编辑 常用操作mutex的函数还有:ReleaseMutex/OpenMutex/WaitForSingleObject/WaitForMultipleObjects。 创建互斥体 h_mutex1=CreateMutex(NULL,FALSE,”mutex_for_readcount”);//创建一个互斥体 检查错误代码 #include <stdio.h> #include <windows.h> …… // main function HANDLE m_hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, “Sample07”);// 检查错误代码 if (GetLastError() == ERROR_ALREADY_EXISTS) { // 如果已有互斥量存在则释放句柄并复位互斥量 CloseHandle(m_hMutex); m_hMutex = NULL; // 程序退出 return FALSE; };//上面这段代码演示了有名互斥量在进程互斥中的用法。代码的核心是CreateMutex()对有名互斥量的创建。CreateMutex() 用于有独占要求的程序 (在其进程运行期间不允许其他使用此端口设备的程序运行,或不允许同名程序运行)。 详细例子 下面这段代码详细介绍了CreateMutex函数的使用方法: #include “stdafx.h”#include “windows.h”int main(int argc, char* argv[]){ HANDLE m_hMutex = CreateMutex(NULL,TRUE,”cplusplus_me”); DWORD dwRet = GetLastError(); if (m_hMutex) { if (ERROR_ALREADY_EXISTS == dwRe

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Linux进程同步机制-Futex

引子 在编译2.6内核的时候,你会在编译选项中看到[*] Enable futex support这一项,上网查,有的资料会告诉你"不选这个内核不一定能正确的运行使用glibc的程序",那futex是什么?和glibc又有什么关系呢? 1. 什么是Futex Futex 是Fast Userspace muTexes的缩写,由Hubertus Franke, Matthew Kirkwood, Ingo Molnar and Rusty Russell共同设计完成。几位都是linux领域的专家,其中可能Ingo Molnar大家更熟悉一些,毕竟是O(1)调度器和CFS的实现者。 Futex按英文翻译过来就是快速用户空间互斥体。其设计思想其实 不难理解,在传统的Unix系统中,System V IPC(inter process communication),如 semaphores, msgqueues, sockets还有文件锁机制(flock())等进程间同步机制都是对一个内核对象操作来完成的,这个内核对象对要同步的进程都是可见的,其提供了共享 的状态信息和原子操作。当进程间要同步的时候必须要通过系统调用(如semop())在内核中完成。可是经研究发现,很多同步是无竞争的,即某个进程进入 互斥区,到再从某个互斥区出来这段时间,常常是没有进程也要进这个互斥区或者请求同一同步变量的。但是在这种情况下,这个进程也要陷入内核去看看有没有人 和它竞争,退出的时侯还要陷入内核去看看有没有进程等待在同一同步变量上。这些不必要的系统调用(或者说内核陷入)造成了大量的性能开销。为了解决这个问 题,Futex就应运而生,Futex是一种用户态和内核态混合的同步机制。首先,同步的进程间通过mmap共享一段内存,futex变量就位于这段共享 的内存中且操作是原子的,当进程尝试进入互斥区或者退出互斥区的时候,先去查看共享内存中的futex变量,如果没有竞争发生,则只修改futex,而不 用再执行系统调用了。当通过访问futex变量告诉进程有竞争发生,则还是得执行系统调用去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。简单的说,futex就是通过在用户态的检查,(motivation)如果了解到没有竞争就不用陷入内核了,大大提高了low-contention时候的效率。 Linux从2.5.7开始支持Futex。 2. Futex系统调用 Futex是一种用户态和内核态混合机制,所以需要两个部分合作完成,linux上提供了sys_futex系统调用,对进程竞争情况下的同步处理提供支持。 其原型和系统调用号为     #include <linux/futex.h>     #include <sys/time.h> int futex (int *uaddr, int op, int val, const struct timespec *timeout,int *uaddr2, int val3);     #define __NR_futex              240     虽然参数有点长,其实常用的就是前面三个,后面的timeout大家都能理解,其他的也常被ignore。     uaddr就是用户态下共享内存的地址,里面存放的是一个对齐的整型计数器。     op存放着操作类型。定义的有5中,这里我简单的介绍一下两种,剩下的感兴趣的自己去man futex FUTEX_WAIT: 原子性的检查uaddr中计数器的值是否为val,如果是则让进程休眠,直到FUTEX_WAKE或者超时(time-out)。也就是把进程挂到uaddr相对应的等待队列上去。 FUTEX_WAKE: 最多唤醒val个等待在uaddr上进程。     可见FUTEX_WAIT和FUTEX_WAKE只是用来挂起或者唤醒进程,当然这部分工作也只能在内核态下完成。有些人尝试着直接使用futex系统调 用来实现进程同步,并寄希望获得futex的性能优势,这是有问题的。应该区分futex同步机制和futex系统调用。futex同步机制还包括用户态 下的操作,我们将在下节提到。 3. Futex同步机制 所有的futex同步操作都应该从用户空间开始,首先创建一个futex同步变量,也就是位于共享内存的一个整型计数器。 当 进程尝试持有锁或者要进入互斥区的时候,对futex执行"down"操作,即原子性的给futex同步变量减1。如果同步变量变为0,则没有竞争发生, 进程照常执行。如果同步变量是个负数,则意味着有竞争发生,需要调用futex系统调用的futex_wait操作休眠当前进程。 当进程释放锁或 者要离开互斥区的时候,对futex进行"up"操作,即原子性的给futex同步变量加1。如果同步变量由0变成1,则没有竞争发生,进程照常执

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