linux中各種鎖機制使用與區別詳解

小編給大家分享一下linux中各種鎖機制使用與區別詳解，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的小伙伴，已經基本對進程間通信和線程間通信有了一定了解。例如，進程間通信的機制之一：共享內存（在這里不做詳解）：多個進程可同時訪問同一塊內存。如果不對訪問這塊內存的臨界區進行互斥或者同步，那么進程的運行很可能出現一些不可預知的錯誤和結果。

接下來我們了解三種常見的Linux下的互斥操作—>鎖。

1.互斥鎖（mutex）

特點：對于讀者和寫者來說。只要有一方獲取了鎖，另一方則不能繼續獲取，進而執行臨界區代碼。

創建鎖：

有兩種方法創建互斥鎖，靜態方式和動態方式。POSIX定義了一個宏PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 來靜態初始化互斥鎖，

方法如下：

pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

在LinuxThreads實現中，pthread_mutex_t是一個結構，而PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER則是一個結構常量。

動態方式是采用pthread_mutex_init()函數來初始化互斥鎖，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()和測試加鎖 pthread_mutex_trylock()三個，不論哪種類型的鎖，都不可能被兩個不同的線程同時得到， 而必須等待解鎖。對于普通鎖和適應鎖類型，解鎖者可以是同進程內任何線程； 而檢錯鎖則必須由加鎖者解鎖才有效，否則返回EPERM；對于嵌套鎖，文檔和實現要求必須由 加鎖者解鎖，但實驗結果表明并沒有這種限制，這個不同目前還沒有得到解釋。在同一進程中 的線程，如果加鎖后沒有解鎖，則任何其他線程都無法再獲得鎖。

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() 語義與pthread_mutex_lock()類似，不同的是在鎖已經被占據時返回 EBUSY而不是掛起等待。
例如：單例模式下，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;

優點：

由一塊能夠被多個進程共享的內存空間（一個對齊后的整型變量）組成；這個整型變量的值能夠通過匯編語言調用CPU提供的原子操作指令來增加或減少，并且一個進程可以等待直到那個值變成正數。 的操作幾乎全部在應用程序空間完成；只有當操作結果不 一致從而需要仲裁時，才需要進入操作系統內核空間執行。這種機制允許使用的鎖定原語有非常高的執行效率：由于絕大多數 的操作并不需要在多個進程之間進行仲裁，所以絕大多數操作都可以在應用程序空間執行，而不需要使用（相對高代價的）內核系統調
用。

2.讀寫鎖

特點：讀寫鎖適合于對數據結構的讀次數比寫次數多得多的情況.因為,讀模式鎖定時可以共享,以寫 模式鎖住時意味著獨占,所以讀寫鎖又叫共享-獨占鎖.

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,出錯則返回錯誤編號. 同互斥量以上,在釋放讀寫鎖占用的內存之前,需要先通過 pthread_rwlock_destroy對讀寫鎖進行清理工作, 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,出錯則返回錯誤編號.這3個函數分別實現獲取讀鎖,獲取寫鎖和釋放鎖的操作.獲 取鎖的兩個函數是阻塞操作,同樣,非阻塞的函數為:

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

成功則返回0,出錯則返回錯誤編號.非阻塞的獲取鎖操作,如果可以獲取則返回0,否則返回 錯誤的EBUSY.

3.自旋鎖

特點：輪詢忙等待。

在單核cpu下不起作用：被自旋鎖保護的臨界區代碼執行時不能進行掛起狀態。會造成死鎖
自旋鎖的初衷就是：在短期間內進行輕量級的鎖定。一個被爭用的自旋鎖使得請求它的線程在等待鎖重新可用的期間進行自旋（特別浪費處理器時間），所以自旋鎖不應該被持有時間過長。如果需要長時間鎖定的話, 最好使用信號量。

API:

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