Linux-互斥-互斥锁-死锁

Posted 2021-05-17 天津唐秙

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux-互斥-互斥锁-死锁相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1. 互斥

1.1 互斥锁的原理

互斥锁的底层是一个互斥量，而互斥量的本质是一个计数器，计数器的取值只有两种，一种是1，一种是0。1表示当前临界资源可以被访问，0表示当前临界资源不可以被访问。

获取/释放互斥锁的逻辑:
1.调用加锁接口，加锁接口内部判断计数器的值是否为1，如果为1，则能访问，并且如果加锁成功之后，就会将计数器的值从1变为0，如果为0，则不能访问。
2.调用解锁逻辑，计数器的值从0变成1，表示资源可用。

加锁：
寄存器和内存当中的计数器的值进行交换，判断寄存器的当中的值是否为1，如果为1，则能够加锁，反之不能。

1.2 互斥锁的接口

初始化互斥锁变量
互斥锁的类型：pthread_mutex_t

1.2.1 静态初始化

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTRX_INITIALIZER
这是一个宏定义，本质上包含多个值
在这里插入图片描述
root用户下执行下面语句可以打开查看

vim /user/include/pthread.h
vim /usr/include/bits/pthreadtypes.h

1.2.2 动态初始化

pthread_mutex_init函数
在这里插入图片描述
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * mutex, const pthread_mutexattr_t * attr);
mutex：该参数为出参，由调用者传递一个互斥锁变量的地址，由pthread_mutex_init这个函数进行初始化
attr：互斥锁的属性信息，一般设置为NULL，采用默认属性
注意： 动态初始化互斥锁变量的情况需要动态销毁互斥锁（pthread_mutex_destroy），否则就会造成内存泄露。

1.2.3 加锁

1.阻塞加锁接口：pthread_mutex_lock函数
在这里插入图片描述
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
注意：
如果互斥锁变量当中的计数器的值为1，调用该接口，则加锁成功，该接口调用完毕，函数返回。如果互斥锁变量的那个汇总的计数器的值为0，调用该接口，则调用该接口的执行流阻塞。

2.非阻塞加锁接口：pthread_mutex_trylock函数
在这里插入图片描述
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
注意：
不管有没有加锁成功，都会返回，所以，需要对加锁结果进行判断，判断是否加锁，如果加锁成功，则操作临界资源，反之，则需要循环获取互斥锁，直到拿到互斥锁。

3.带有超时时间的加锁接口：pthread_mutex_timedlock
在这里插入图片描述
int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abs_timeout);

超时时间内，如果没有获得互斥锁，则返回，超时时间内，如果获取了互斥锁也直接返回。
注意：
带有超时时间的加锁接口还需要引入头文件time.h
在这里插入图片描述

1.2.4 解锁接口

pthread_mutex_unlock函数
在这里插入图片描述
int pthread_mutex_unlock(pthread_t* mutex)
注意：
不管是阻塞加锁/非阻塞加锁/timedlock加锁成功都可以使用该接口进行解锁。

1.2.5 销毁接口

pthread_mutex_destroy
在这里插入图片描述
int pthread_mutex_destroy(pthread_t* mutex)
功能： 释放动态开辟的互斥锁的资源

1.3 互斥锁的使用

1.3.1 什么时候要初始化互斥锁？

在创建工作线程之前，进行初始化互斥锁。

1.3.2 什么时候进行加锁？

在执行流访问临界资源之前进行加锁操作。
注意：
一个执行流加锁成功之后，再去获取互斥锁，该执行流也会阻塞。加锁之后一定要记得解锁，否则就会导致死锁。

1.3.3 什么时候解锁？

在执行流所有有可能退出的地方进行解锁。

1.3.4 什么时候释放互斥锁资源？

在所有使用该互斥锁的线程全部退出之后，就可以释放该互斥锁了。

1.4 代码验证

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

#define THREAD_NUM 2

int g_tickets = 100000;
pthread_mutex_t my_lock;

void* MyThreadStart(void* arg)
{
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&my_lock);
        if(g_tickets > 0)
        {
            printf("i have %d, i am %p\\n", g_tickets, pthread_self());
            g_tickets--;
        }
        else
        {
            pthread_mutex_unlock(&my_lock);
            pthread_exit(NULL);
        }
        pthread_mutex_unlock(&my_lock);
    }
    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_mutex_init(&my_lock, NULL);

    pthread_t tid[THREAD_NUM];
    for(int i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
    {
        int ret = pthread_create(&tid[i], NULL, MyThreadStart, NULL);
        if(ret < 0)
        {
            perror("pthread_create");
            return 0;
        }
    }

    for(int i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
    {
        pthread_join(tid[i], NULL);
    }

    pthread_mutex_destroy(&my_lock);
    printf("phread_join end...\\n");

    return 0;
}

在这里插入图片描述

因为我这使用的这个机器只有一个CPU所以，线程只能是并发的执行。

2. 死锁

2.1 死锁的定义

简单的定义：当一个执行流获取到互斥锁之后，并没有进行解锁，就会导致其他执行流由于获取不到锁资源而进行阻塞，我们将这个现象称之为死锁。
复杂的定义：当线程A获取到互斥锁1，线程B获取到互斥锁2的时候，线程A和线程B同时还想获取对方手中的锁（线程A还想获取互斥锁2，线程B还想获取互斥锁1），此时就会导致死锁。

2.2 死锁的现象

在这里插入图片描述

2.3 死锁的代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t lock_1;
pthread_mutex_t lock_2;

void* MyThread_A(void* arg)
{
    pthread_mutex_lock(&lock_1);
    sleep(2);
    pthread_mutex_lock(&lock_2);

    return NULL;
}

void* MyThread_B(void* arg)
{
    pthread_mutex_lock(&lock_2);
    sleep(2);
    pthread_mutex_lock(&lock_1);

    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_mutex_init(&lock_1, NULL);
    pthread_mutex_init(&lock_2, NULL);

    pthread_t tid_A, tid_B;
    pthread_create(&tid_A, NULL, MyThread_A, NULL);
    pthread_create(&tid_B, NULL, MyThread_B, NULL);

    pthread_join(tid_A, NULL);
    pthread_join(tid_A, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&lock_1);
    pthread_mutex_destroy(&lock_2);

    return 0;
}

1.执行死锁的代码
在这里插入图片描述
2.查看进程号

3.调试正在运行的进程

4.查看当前线程（主线程）的调用堆栈

5.将查看调用堆栈这个功能应用于所有线程

6.跳转到3号线程

7.查看锁的情况