Linux系統(tǒng)編程—進(jìn)程間同步

作者：良許Linux 2020-09-22 07:35:06

我們知道，線程間同步有多種方式，比如：信號(hào)量、互斥量、讀寫鎖，等等。那進(jìn)程間如何實(shí)現(xiàn)同步呢?本文介紹兩種方式：互斥量和文件鎖。

##互斥量mutex

我們已經(jīng)知道了互斥量可以用于在線程間同步，但實(shí)際上，互斥量也可以用于進(jìn)程間的同步。為了達(dá)到這一目的，可以在pthread_mutex_init初始化之前，修改其屬性為進(jìn)程間共享。mutex的屬性修改函數(shù)主要有以下幾個(gè)：

主要應(yīng)用函數(shù)：

pthread_mutexattr_t mattr 類型：用于定義互斥量的屬性 pthread_mutexattr_init函數(shù)：初始化一個(gè)mutex屬性對象 pthread_mutexattr_destroy函數(shù)：銷毀mutex屬性對象 (而非銷毀鎖) pthread_mutexattr_setpshared函數(shù)：修改mutex屬性。
int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared);

我們重點(diǎn)看第二個(gè)參數(shù)：pshared，它有以下兩個(gè)取值：

線程鎖：PTHREAD_PROCESS_PRIVATE (mutex的默認(rèn)屬性即為線程鎖，進(jìn)程間私有)
進(jìn)程鎖：PTHREAD_PROCESS_SHARED

要想實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間同步，需要將mutex的屬性改為PTHREAD_PROCESS_SHARED。

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <string.h> 
#include <pthread.h> 
#include <sys/mman.h> 
#include <sys/wait.h> 
struct mt {    int num;    pthread_mutex_t mutex;    pthread_mutexattr_t mutexattr;};int main(void){    int i;    struct mt *mm;    pid_t pid;    mm = mmap(NULL, sizeof(*mm), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANON, -1, 0);    memset(mm, 0, sizeof(*mm));    pthread_mutexattr_init(&mm->mutexattr);                                  //初始化mutex屬性對象    pthread_mutexattr_setpshared(&mm->mutexattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);    //修改屬性為進(jìn)程間共享    pthread_mutex_init(&mm->mutex, &mm->mutexattr);                          //初始化一把mutex瑣    pid = fork();    if (pid == 0) {        for (i = 0; i < 10; i++) { 
            sleep(1); 
            pthread_mutex_lock(&mm->mutex); 
            (mm->num)++;            pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);            printf("-child----------num++   %d\n", mm->num);        }    } else if (pid > 0) {        for ( i = 0; i < 10; i++) { 
            sleep(1); 
            pthread_mutex_lock(&mm->mutex); 
            mm->num += 2;            pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);            printf("-------parent---num+=2  %d\n", mm->num);        }        wait(NULL);    }    pthread_mutexattr_destroy(&mm->mutexattr);          //銷毀mutex屬性對象    pthread_mutex_destroy(&mm->mutex);                  //銷毀mutex    munmap(mm,sizeof(*mm));                             //釋放映射區(qū)    return 0;}

##文件鎖

顧名思義，就是通過文件實(shí)現(xiàn)鎖機(jī)制。具體來講，是通過借助 fcntl函數(shù)來實(shí)現(xiàn)鎖機(jī)制。當(dāng)操作文件的進(jìn)程沒有獲得鎖時(shí)，雖然可以打開文件，但無法對文件執(zhí)行執(zhí)行read、write操作。

###fcntl函數(shù)：

函數(shù)原型： int fcntl(int fd, int cmd, ... / arg / );
函數(shù)作用：獲取、設(shè)置文件訪問控制屬性。
參數(shù)介紹：參數(shù)cmd有以下取值： F_SETLK (struct flock )設(shè)置文件鎖(trylock) F_SETLKW (struct flock ) 設(shè)置文件鎖(lock)W --> wait F_GETLK (struct flock *)獲取文件鎖數(shù)據(jù)類型flock原型如下： struct flock { ... short l_type; 鎖的類型：F_RDLCK 、F_WRLCK 、F_UNLCK short l_whence; 偏移位置：SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END off_t l_start; 起始偏移：1000 off_t l_len; 長度：0表示整個(gè)文件加鎖 pid_t l_pid; 持有該鎖的進(jìn)程ID：(F_GETLK only) ... };

###進(jìn)程間文件鎖示例

多個(gè)進(jìn)程對加鎖文件進(jìn)行訪問：

#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>void sys_err(char *str) 
{    perror(str);    exit(1); 
}int main(int argc, char *argv[]) 
{    int fd;    struct flock f_lock;    if (argc < 2) { 
        printf("./a.out filename\n"); 
        exit(1); 
    }    if ((fd = open(argv[1], O_RDWR)) < 0) 
        sys_err("open"); 
    f_lock.l_type = F_WRLCK;        /*選用寫瑣*///    f_lock.l_type = F_RDLCK;      /*選用讀瑣*/     f_lock.l_whence = SEEK_SET;    f_lock.l_start = 0; 
    f_lock.l_len = 0;               /* 0表示整個(gè)文件加鎖 */ 
    fcntl(fd, F_SETLKW, &f_lock);    printf("get flock\n"); 
    sleep(10); 
    f_lock.l_type = F_UNLCK;    fcntl(fd, F_SETLKW, &f_lock);    printf("un flock\n"); 
    close(fd); 
    return 0; 
}

文件鎖類似于讀寫鎖，依然遵循“讀共享、寫?yīng)氄?rdquo;特性。但是，如果進(jìn)程不加鎖直接操作文件，依然可訪問成功，但數(shù)據(jù)勢必會(huì)出現(xiàn)混亂。

既然文件鎖可用應(yīng)用在進(jìn)程中，那在多線程中，可以使用文件鎖嗎?

答案是不行的。因?yàn)槎嗑€程間共享文件描述符，而給文件加鎖，是通過修改文件描述符所指向的文件結(jié)構(gòu)體中的成員變量來實(shí)現(xiàn)的。因此，多線程中無法使用文件鎖。

責(zé)任編輯：趙寧寧來源：今日頭條

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