Linux IPC 同步（一）：互斥锁 条件变量

线程范围：

同一个进程内的多个线程访问一些全局变量时，需要保护好临界区，保证不产生脏数据

Linux 中的互斥锁

#include <pthread.h>
pthread_mutex_t fastmutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t recmutex = PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP;
pthread_mutex_t errchkmutex = PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP;
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr);
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

互斥锁属性设置：

#include <pthread.h>
int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int kind);
int pthread_mutexattr_gettype(const pthread_mutexattr_t *attr, int *kind);

/* copy from glibc -2.17 */
/* Mutex attribute data structure.  */
struct pthread_mutexattr
{
  /* Identifier for the kind of mutex.
     Bit 31 is set if the mutex is to be shared between processes.
     Bit 0 to 30 contain one of the PTHREAD_MUTEX_ values to identify
     the type of the mutex.  */
  int mutexkind;
};

互斥锁类型：

如果互斥锁类型为 PTHREAD_MUTEX_NORMAL，则不提供死锁检测。尝试重新锁定互斥锁会导致死锁。如果某个线程尝试解除锁定的互斥锁 未锁定 或 不是由该线程锁定，则将产生不确定的行为。

如果互斥锁类型为 PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK，则会提供错误检查。如果某个线程尝试重新锁定的互斥锁已经由该线程锁定，则将返回错误。如果某个线程尝试解除锁定的互斥锁不是由该线程锁定或者未锁定，则将返回错误。

如果互斥锁类型为 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE，则该互斥锁会保留锁定计数这一概念。线程首次成功获取互斥锁时，锁定计数会设置为 1。线程每重新锁定该互斥锁一次，锁定计数就增加 1。线程每解除锁定该互斥锁一次，锁定计数就减小 1。 锁定计数达到 0 时，该互斥锁即可供其他线程获取。如果某个线程尝试解除锁定的互斥锁不是由该线程锁定或者未锁定，则将返回错误。

如果互斥锁类型是 PTHREAD_MUTEX_DEFAULT，则尝试以递归方式锁定该互斥锁将产生不确定的行为。对于不是由调用线程锁定的互斥锁，如果尝试解除对它的锁定，则会产生不确定的行为。如果尝试解除锁定尚未锁定的互斥锁，则会产生不确定的行为。

 

条件变量：

#include <pthread.h>
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
/* Conditional variable attribute data structure.  */
struct pthread_condattr
{
  /* Combination of values:
     Bit 0  : flag whether coditional variable will be shareable between processes.
     Bit 1-7: clock ID.  */
  int value;
}; 

注：pthread_cond_wait会先释放mutex，系统将调用线程挂在信号的等待队列上，在函数返回时会重新执行mutex_lock动作。

 

上锁冲突：

如果是这样的操作顺序：

设想一种最坏的情况：线程A调用pthread_cond_wait后进入睡眠，线程B发送信号后，系统立即调度线程A执行，线程A会因为不能lock到mutex而立即停止

 

为了避免这种上锁冲突，调整线程B的操作如下：

Posix明确允许调用pthread_cond_signal的线程不必是与之关联的mutex的当前属主。但是，posix也说：如果需要可预见的调度行为，那么pthread_cond_signal的调用线程必须锁住mutex

 

进程范围：

系统范围内的多个进程使用共享内存通信时，也需要同步

#include <pthread.h>

int pthread_mutexattr_setpthread(const pthread_mutexattr_t *attr, int *valptr);
int pthread_mutexattr_getpthread(const pthread_mutexattr_t *attr, int value);
int pthread_condattr_setpthread(const pthread_mutexattr_t *attr, int *valptr);
int pthread_condattr_getpthread(const pthread_mutexattr_t *attr, int value);

 value的值可以设置成 PTHREAD_PROCESS_PRIVATE 或者 PTHREAD_PROCESS_SHARED   （后者代表进程间共享）

 

Attention！！！！ 现在问题来了：

进程间共享一个互斥锁，当某一个进程持有一个互斥锁时意外退出。内核不会自动清理该同步锁... 使用读写锁，Posix信号量也有相同的问题。

使用System V信号量，应用程序可以设置SEM_UNDO选项来让内核自动清理同步中的信号量

不过，进程终止时，fcntl记录锁是唯一 一个内核总是会自动清理的同步锁类型。

p.s.  即使内核自动清理了，但是还是会有临界区的数据一致性问题，比如进程修改数据中途，咔...挂了...  

进程间同步有这么个问题，那么线程呢？

一个线程在持有锁期间终止，要么是自己调用了pthread_exit，要么是另一个线程调用了pthread_cancel。主动退出的话，会知道自己还拿着锁的...后一种情况的话，可以安装将在被取消是调用的清理函数。API如下（实际上这是两个宏）：

#include <pthread.h>
void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *), void *arg);
void pthread_cleanup_pop(int execute);