linux 同步互斥

基础概念

Linux同步互斥是指在多线程或多进程环境中，为了保证共享资源的正确访问和修改，而采取的一系列机制。同步是指协调多个进程或线程的执行顺序，互斥是指同一时间只允许一个进程或线程访问共享资源。

类型

信号量（Semaphore）：一种计数器，用于控制多个进程或线程对共享资源的访问。
互斥锁（Mutex）：一种特殊的信号量，用于保护临界区，确保同一时间只有一个进程或线程可以进入。
条件变量（Condition Variable）：用于进程或线程之间的通信，允许一个进程或线程等待某个条件的发生。
读写锁（Read-Write Lock）：允许多个读操作同时进行，但写操作独占资源。

应用场景

多线程编程：在多线程环境中，确保共享资源的正确访问和修改。
多进程编程：在多进程环境中，确保共享资源的正确访问和修改。
数据库系统：在数据库系统中，确保数据的一致性和完整性。
网络服务器：在网络服务器中，处理并发请求时确保共享资源的正确访问。

常见问题及解决方法

问题1：死锁

原因：多个进程或线程互相等待对方释放资源，导致程序无法继续执行。

解决方法：

资源分配顺序：确保所有进程或线程以相同的顺序请求资源。
超时机制：为锁设置超时时间，超过时间后自动释放锁。
死锁检测与恢复：定期检测系统中的死锁，并采取措施进行恢复。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    printf("Thread locked mutex1\n");
    sleep(1);
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    printf("Thread locked mutex2\n");
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    pthread_create(&thread1, NULL, thread_func, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, thread_func, NULL);

    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex1);
    pthread_mutex_destroy(&mutex2);
    return 0;
}

参考链接：pthread_mutex_lock

问题2：活锁

原因：多个进程或线程在尝试获取资源时不断改变状态，但都无法成功获取资源。

解决方法：

随机退避：在获取锁失败后，随机等待一段时间再重试。
优先级调整：调整进程或线程的优先级，避免低优先级进程或线程一直被高优先级进程或线程抢占。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_func(void* arg) {
    while (1) {
        if (pthread_mutex_trylock(&mutex) == 0) {
            printf("Thread locked mutex\n");
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            break;
        } else {
            printf("Thread failed to lock mutex, retrying...\n");
            usleep(rand() % 100000); // Random sleep between 0 and 99999 microseconds
        }
    }
    return NULL;
}

int main() {
    srand(time(NULL));
    pthread_t thread1, thread2;
    pthread_create(&thread1, NULL, thread_func, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, thread_func, NULL);

    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

参考链接：pthread_mutex_trylock