Linux多线程同步机制-互斥锁(mutex)

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ithorizon 7个月前 (10-03) 阅读数 30 #Linux

Linux多线程同步机制-互斥锁(mutex)

在多线程编程中，线程同步是一个非常重要的概念。它确保了多个线程在执行过程中不会彼此干扰，从而保证了数据的一致性和程序的稳定性。互斥锁（mutex）是Linux系统中实现线程同步的一种常用机制。本文将详细介绍互斥锁的概念、原理以及在Linux环境下的使用方法。

1. 互斥锁的概念

互斥锁（mutex）是一种同步机制，用于确保同一时间只有一个线程能够访问共享资源。当一个线程尝试获取互斥锁时，如果该锁已经被其他线程获取，则该线程将阻塞，直到锁被释放。当一个线程完成对共享资源的操作后，它会释放互斥锁，允许其他线程获取锁。

互斥锁通常有以下几种特性：

互斥性：确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。

原子性：互斥锁的获取和释放操作是原子的，即不可中断的。

可重入性：一个线程可以多次获取同一个互斥锁，直到释放所有获取的锁。

2. 互斥锁的原理

互斥锁的实现通常基于以下几种机制：

自旋锁（spinlock）：当线程尝试获取互斥锁时，它会进入一个循环，逐步检查锁的状态。如果锁已被其他线程获取，则线程将消耗CPU资源，等待锁被释放。自旋锁适用于锁持有时间较短的场景。

互斥量（mutex）：互斥量是一种更通用的同步机制，它允许线程在等待锁的过程中释放CPU资源。互斥量通常基于条件变量实现，当线程无法获取锁时，它会进入等待状态，直到锁被释放。

读写锁（read-write lock）：读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入共享资源。读写锁适用于共享资源读多写少的情况。

3. Linux环境下的互斥锁

Linux提供了多种互斥锁的实现，以下是一些常用的互斥锁函数：

3.1 pthread_mutex_t

pthread_mutex_t 是Linux中常用的互斥锁类型。以下是一些涉及pthread_mutex_t的常用函数：


#include <pthread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

以下是使用pthread_mutex_t的示例代码：


#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
pthread_mutex_t lock;
void *thread_func(void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&lock);
    printf("Thread %ld entered the critical section. ", (long)arg);
    pthread_mutex_unlock(&lock);
    return NULL;
}
int main() {
    pthread_t tid1, tid2;
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    pthread_create(&tid1, NULL, thread_func, (void *)1);
    pthread_create(&tid2, NULL, thread_func, (void *)2);
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_mutex_destroy(&lock);
    return 0;
}

3.2 spin_lock_t

spin_lock_t 是Linux内核中常用的自旋锁类型。以下是一些涉及spin_lock_t的常用函数：


#include <linux/spinlock.h>
void spin_lock(spin_lock_t *lock);
void spin_unlock(spin_lock_t *lock);

以下是使用spin_lock_t的示例代码：


#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/spinlock.h>
spin_lock_t lock;
static int __init my_module_init(void) {
    spin_lock_init(&lock);
    spin_lock(&lock);
    printk(KERN_INFO "Spinlock is locked. ");
    spin_unlock(&lock);
    return 0;
}
static void __exit my_module_exit(void) {
    spin_lock_init(&lock);
}
module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");