linux中各種鎖機(jī)制使用與區(qū)別詳解

小編給大家分享一下linux中各種鎖機(jī)制使用與區(qū)別詳解，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

前言：

相信需要了解這方面的知識(shí)的小伙伴，已經(jīng)基本對(duì)進(jìn)程間通信和線程間通信有了一定了解。例如，進(jìn)程間通信的機(jī)制之一：共享內(nèi)存（在這里不做詳解）：多個(gè)進(jìn)程可同時(shí)訪問(wèn)同一塊內(nèi)存。如果不對(duì)訪問(wèn)這塊內(nèi)存的臨界區(qū)進(jìn)行互斥或者同步，那么進(jìn)程的運(yùn)行很可能出現(xiàn)一些不可預(yù)知的錯(cuò)誤和結(jié)果。

接下來(lái)我們了解三種常見的Linux下的互斥操作—>鎖。

1.互斥鎖（mutex）

特點(diǎn)：對(duì)于讀者和寫者來(lái)說(shuō)。只要有一方獲取了鎖，另一方則不能繼續(xù)獲取，進(jìn)而執(zhí)行臨界區(qū)代碼。

創(chuàng)建鎖：

有兩種方法創(chuàng)建互斥鎖，靜態(tài)方式和動(dòng)態(tài)方式。POSIX定義了一個(gè)宏P(guān)THREAD_MUTEX_INITIALIZER 來(lái)靜態(tài)初始化互斥鎖，

方法如下：

pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

在LinuxThreads實(shí)現(xiàn)中，pthread_mutex_t是一個(gè)結(jié)構(gòu)，而PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER則是一個(gè)結(jié)構(gòu)常量。

動(dòng)態(tài)方式是采用pthread_mutex_init()函數(shù)來(lái)初始化互斥鎖，API定義如下：

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t*mutexattr)

其中mutexattr用于指定互斥鎖屬性（見下），如果為NULL則使用缺省屬性。 pthread_mutex_destroy ()用于注銷一個(gè)互斥鎖，API定義如下：

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)

鎖操作主要包括加鎖pthread_mutex_lock()、解鎖pthread_mutex_unlock()和測(cè)試加鎖 pthread_mutex_trylock()三個(gè)，不論哪種類型的鎖，都不可能被兩個(gè)不同的線程同時(shí)得到， 而必須等待解鎖。對(duì)于普通鎖和適應(yīng)鎖類型，解鎖者可以是同進(jìn)程內(nèi)任何線程； 而檢錯(cuò)鎖則必須由加鎖者解鎖才有效，否則返回EPERM；對(duì)于嵌套鎖，文檔和實(shí)現(xiàn)要求必須由 加鎖者解鎖，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明并沒有這種限制，這個(gè)不同目前還沒有得到解釋。在同一進(jìn)程中 的線程，如果加鎖后沒有解鎖，則任何其他線程都無(wú)法再獲得鎖。

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex) 
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex) 
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)

pthread_mutex_trylock() 語(yǔ)義與pthread_mutex_lock()類似，不同的是在鎖已經(jīng)被占據(jù)時(shí)返回 EBUSY而不是掛起等待。
例如：?jiǎn)卫Ｊ较?，線程安全的加鎖：

class SingleTon 
{ 
public: 
static SingleTon* getInstance() 
{ 
pthread_mutex_lock(&mutex); 
if(mpSingle == NULL) 
{ 
mpSingleTon = new SingleTon(); 
} 
pthread_mutex_unlock(&mutex); 
return mpSingleTon; 
} 
private: 
SingleTon(){}; 
~SingleTon(){pthread_mutex_desttroy(&mutex,NULL);} 
static pthread_mutex_t mutex; 
static SingleTon * mpSingleTon; 
} 
pthread_mutex_t SingleTon::mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 
SingleTon * SingleTon::mpSingleTon = NULL;

優(yōu)點(diǎn)：

由一塊能夠被多個(gè)進(jìn)程共享的內(nèi)存空間（一個(gè)對(duì)齊后的整型變量）組成；這個(gè)整型變量的值能夠通過(guò)匯編語(yǔ)言調(diào)用CPU提供的原子操作指令來(lái)增加或減少，并且一個(gè)進(jìn)程可以等待直到那個(gè)值變成正數(shù)。 的操作幾乎全部在應(yīng)用程序空間完成；只有當(dāng)操作結(jié)果不 一致從而需要仲裁時(shí)，才需要進(jìn)入操作系統(tǒng)內(nèi)核空間執(zhí)行。這種機(jī)制允許使用的鎖定原語(yǔ)有非常高的執(zhí)行效率：由于絕大多數(shù) 的操作并不需要在多個(gè)進(jìn)程之間進(jìn)行仲裁，所以絕大多數(shù)操作都可以在應(yīng)用程序空間執(zhí)行，而不需要使用（相對(duì)高代價(jià)的）內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)
用。

2.讀寫鎖

特點(diǎn)：讀寫鎖適合于對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的讀次數(shù)比寫次數(shù)多得多的情況.因?yàn)?讀模式鎖定時(shí)可以共享,以寫 模式鎖住時(shí)意味著獨(dú)占,所以讀寫鎖又叫共享-獨(dú)占鎖.

初始化和銷毀:

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const 
pthread_rwlockattr_t *restrict attr); 
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

成功則返回0,出錯(cuò)則返回錯(cuò)誤編號(hào). 同互斥量以上,在釋放讀寫鎖占用的內(nèi)存之前,需要先通過(guò) pthread_rwlock_destroy對(duì)讀寫鎖進(jìn)行清理工作, 釋放由init分配的資源.

讀和寫:

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

成功則返回0,出錯(cuò)則返回錯(cuò)誤編號(hào).這3個(gè)函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)獲取讀鎖,獲取寫鎖和釋放鎖的操作.獲 取鎖的兩個(gè)函數(shù)是阻塞操作,同樣,非阻塞的函數(shù)為:

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

成功則返回0,出錯(cuò)則返回錯(cuò)誤編號(hào).非阻塞的獲取鎖操作,如果可以獲取則返回0,否則返回 錯(cuò)誤的EBUSY.

3.自旋鎖

特點(diǎn)：輪詢忙等待。

在單核cpu下不起作用：被自旋鎖保護(hù)的臨界區(qū)代碼執(zhí)行時(shí)不能進(jìn)行掛起狀態(tài)。會(huì)造成死鎖
自旋鎖的初衷就是：在短期間內(nèi)進(jìn)行輕量級(jí)的鎖定。一個(gè)被爭(zhēng)用的自旋鎖使得請(qǐng)求它的線程在等待鎖重新可用的期間進(jìn)行自旋（特別浪費(fèi)處理器時(shí)間），所以自旋鎖不應(yīng)該被持有時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。如果需要長(zhǎng)時(shí)間鎖定的話, 最好使用信號(hào)量。

API:

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