UNIX环境高级编程——线程同步之互斥量 && 死锁

1、线程同步之互斥量

互斥量（也称为互斥锁）出自POSIX线程标准，可以用来同步同一进程中的各个线程。当然如果一个互斥量存放在多个进程共享的某个内存区中，那么还可以通过互斥量来进行进程间的同步。

互斥量，从字面上就可以知道是相互排斥的意思，它是最基本的同步工具，用于保护临界区（共享资源），以保证在任何时刻只有一个线程能够访问共享的资源。

互斥量类型声明为pthread_mutex_t数据类型，在<bits/pthreadtypes.h>中有具体的定义。

1、互斥量初始化和销毁

#include <pthread.h>
int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t *mutex,const pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t *mutex);
返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号

上面两个函数分别由于互斥量的初始化和销毁。

如果互斥量是静态分配的，可以通过常量进行初始化，如下：

pthread_mutex_t mlock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

也可以通过调用pthread_mutex_init函数初始化。如果动态分配互斥量（例如通过调用malloc函数），那么在释放内存前需要调用pthread_mutex_destroy。

要用默认的属性初始化互斥量，只需要把attr设置为NULL。

当不在需要使用互斥量时，需要调用pthread_mutex_destroy()销毁互斥量所占用的资源。

2 、互斥量的使用

#include <pthread.h>int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *mutex);返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号

对互斥量进行加锁，需要调用pthread_mutex_lock，如果互斥量已经上锁，调用线程将阻塞直到互斥量被解锁。对互斥量解锁需要调用pthread_mutex_unlock。

如果线程不希望被阻塞，它可以使用pthread_mutex_trylock尝试对互斥量进行加锁。如果调用pthread_mutex_tyrlock时互斥量处于未加锁状态，那么pthread_mutex_trylock将锁住互斥量，不会出现阻塞并返回0，否则pthread_muxte_trylock就会失败，不能锁住互斥量，而返回EBUSY。

这里要强调的是：互斥量是用于上锁的，不能用于等待。

简单说就是，互斥量的使用流程应该是：线程占用互斥量，然后访问共享资源，最后释放互斥量。而不应该是：线程占用互斥量，然后判断资源是否可用，如果不可用，释放互斥量，然后重复上述过程。这种行为称为轮转或轮询，是一种浪费CPU时间的行为。

 

 

2、死锁

操作系统中有若干进程并发执行，它们不断申请、使用、释放系统资源，虽然系统的进程协调、通信机制会对它们进行控制，但也可能出现若干进程都相互等待对方释放资源才能继续运行，否则就阻塞的情况。此时，若不借助外界因素，谁也不能释放资源，谁也不能解除阻塞状态。根据这样的情况，操作系统中的死锁被定义为系统中两个或者多个进程无限期地等待永远不会发生的条件，系统处于停滞状态，这就是死锁。 

产生死锁的原因主要是： 
（1） 因为系统资源不足。 
（2） 进程运行推进的顺序不合适。 
（3） 资源分配不当等。 
如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性就很低，否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。

 

其次，进程运行推进顺序与速度不同，也可能产生死锁。 
产生死锁的四个必要条件： 
（1） 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。 
（2） 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。 
（3） 不剥夺条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。 
（4） 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。 

对待死锁的策略主要有：

(1) 死锁预防：破坏导致死锁必要条件中的任意一个就可以预防死锁。例如，要求用户申请资源时一次性申请所需要的全部资源，这就破坏了保持和等待条件；将资源分层，得到上一层资源后，才能够申请下一层资源，它破坏了环路等待条件。预防通常会降低系统的效率。

(2) 死锁避免：避免是指进程在每次申请资源时判断这些操作是否安全，例如，使用银行家算法。死锁避免算法的执行会增加系统的开销。

(3) 死锁检测：死锁预防和避免都是事前措施，而死锁的检测则是判断系统是否处于死锁状态，如果是，则执行死锁解除策略。

(4) 死锁解除：这是与死锁检测结合使用的，它使用的方式就是剥夺。即将某进程所拥有的资源强行收回，分配给其他的进程。