6．3．4互斥量的解鎖

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

對(duì)上述所有的加鎖接口,都可使用該函數(shù)解鎖

解鎖的時(shí)候,會(huì)將互斥鎖當(dāng)中計(jì)數(shù)器的值從0變?yōu)?,表示其它線程可以獲取互斥量

6．4互斥鎖的本質(zhì)

1、在互斥鎖內(nèi)部有一個(gè)計(jì)數(shù)器,其實(shí)就是互斥量,計(jì)數(shù)器的值只能為0或者為1

2、當(dāng)線程獲取互斥鎖的時(shí)候,如果計(jì)數(shù)器當(dāng)前值為0,表示當(dāng)前線程不能獲取到互斥鎖,也就是沒(méi)有獲取到互斥鎖,就不要去訪問(wèn)臨界資源

3、當(dāng)前線程獲取互斥鎖的時(shí)候,如果計(jì)數(shù)器當(dāng)前值為1,表示當(dāng)前線程可以獲取到互斥鎖,也就是意味著可以訪問(wèn)臨界資源

6．5互斥鎖中的計(jì)數(shù)器如何保證了原子性?

獲取鎖資源的時(shí)候(加鎖):

1、寄存器當(dāng)中值直接賦值為0

2、將寄存器當(dāng)中的值和計(jì)數(shù)器當(dāng)中的值進(jìn)行交換

3、判斷寄存器當(dāng)中的值,得出加鎖結(jié)果

兩種情況:

例:4個(gè)線程,對(duì)同一個(gè)全局變量進(jìn)行減減操作

#include

互斥鎖是不公平的。

內(nèi)核維護(hù)等待隊(duì)列, 互斥量實(shí)現(xiàn)了大體上的公平;由于等待線程被喚醒后, 并不自動(dòng)持有互斥量, 需要和剛進(jìn)入臨界區(qū)的線程競(jìng)爭(zhēng)(搶鎖), 所以互斥量并沒(méi)有做到先來(lái)先服務(wù)。

6．7互斥鎖的類(lèi)型

1、PTHREAD_MUTEX_NORMAL:最普通的一種互斥鎖。它不具備死鎖檢測(cè)功能, 如線程對(duì)自己鎖定的互斥量再次加鎖, 則會(huì)發(fā)生死鎖。

2、
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP:支持遞歸的一種互斥鎖, 該互斥量的內(nèi)部維護(hù)有互斥鎖的所有者和一個(gè)鎖計(jì)數(shù)器。當(dāng)線程第一次取到互斥鎖時(shí), 會(huì)將鎖計(jì)數(shù)器置1, 后續(xù)同一個(gè)線程再次執(zhí)行加鎖操作時(shí), 會(huì)遞增該鎖計(jì)數(shù)器的值。解鎖則遞減該鎖計(jì)數(shù)器的值, 直到降至0, 才會(huì)真正釋放該互斥量, 此時(shí)其他線程才能獲取到該互斥量。解鎖時(shí), 如果互斥量的所有者不是調(diào)用解鎖的線程, 則會(huì)返回EPERM。

3、
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP:支持死鎖檢測(cè)的互斥鎖�；コ饬康膬�(nèi)部會(huì)記錄互斥鎖的當(dāng)前所有者的線程ID(調(diào)度域的線程ID) 。如果互斥量的持有線程再次調(diào)用加鎖操作, 則會(huì)返回EDEADLK。解鎖時(shí), 如果發(fā)現(xiàn)調(diào)用解鎖操作的線程并不是互斥鎖的持有者, 則會(huì)返回EPERM。

4、自旋鎖,自旋鎖采用了和互斥量完全不同的策略, 自旋鎖加鎖失敗, 并不會(huì)讓出CPU, 而是不停地嘗試加鎖, 直到成功為止。這種機(jī)制在臨界區(qū)非常小且對(duì)臨界區(qū)的爭(zhēng)奪并不激烈的場(chǎng)景下, 效果非常好。自旋鎖的效果好, 但是副作用也大, 如果使用不當(dāng), 自旋鎖的持有者遲遲無(wú)法釋放鎖, 那么, 自旋接近于死循環(huán), 會(huì)消耗大量的CPU資源, 造成CPU使用率飆高。因此, 使用自旋鎖時(shí), 一定要確保臨界區(qū)盡可能地小, 不要有系統(tǒng)調(diào)用, 不要調(diào)用sleep。使用strcpy/memcpy等函數(shù)也需要謹(jǐn)慎判斷操作內(nèi)存的大小, 以及是否會(huì)引起缺頁(yè)中斷。

5、PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP:自適應(yīng)鎖,首先與自旋鎖一樣, 持續(xù)嘗試獲取, 但過(guò)了一定時(shí)間仍然不能申請(qǐng)到鎖, 就放棄嘗試, 讓出CPU并等待。PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP類(lèi)型的互斥量, 采用的就是這種機(jī)制。

6．8死鎖和活鎖

線程1已經(jīng)成功拿到了互斥量1, 正在申請(qǐng)互斥量2, 而同時(shí)在另一個(gè)CPU上,線程2已經(jīng)拿到了互斥量2, 正在申請(qǐng)互斥量1。彼此占有對(duì)方正在申請(qǐng)的互斥量,結(jié)局就是誰(shuí)也沒(méi)辦法拿到想要的互斥量, 于是死鎖就發(fā)生了。

6．8．1死鎖概念

死鎖是指在一組進(jìn)程中的各個(gè)進(jìn)程均占有不會(huì)釋放的資源,但因互相申請(qǐng)被其它進(jìn)程所占有不會(huì)釋放的資源而處于一種永久等待的狀態(tài)。

6．8．2死鎖的四個(gè)必要條件

1、互斥條件:一個(gè)資源只能被一個(gè)執(zhí)行流使用

2、請(qǐng)求與保持條件:一個(gè)執(zhí)行流因請(qǐng)求資源而阻塞時(shí),對(duì)已獲得的資源不會(huì)釋放

3、不剝奪條件:一個(gè)執(zhí)行流已獲得的資源,在未使用完之前,不能強(qiáng)行剝奪

4、循環(huán)等待條件:若干執(zhí)行流之間形成一種頭尾相接的循環(huán)等待資源的關(guān)系

6．8．3避免死鎖

1、破壞死鎖的四個(gè)必要條件(實(shí)際上只能破壞條件2和4)

2、加鎖順序一致(按照先后順序申請(qǐng)互斥鎖)

3、避免未釋放鎖的情況

4、資源一次性分配

6．8．4活鎖

避免死鎖的另一種方式是嘗試一下,如果取不到鎖就返回。

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutex,const struct timespec *restrict abs_timeout);

這兩個(gè)函數(shù)反映了一種,不行就算了的思想。

trylock不行就回退的思想有可能會(huì)引發(fā)活鎖(live lock) 。生活中也經(jīng)常遇到兩個(gè)人迎面走來(lái), 雙方都想給對(duì)方讓路, 但是讓的方向卻不協(xié)調(diào), 反而互相堵住的情況 。活鎖現(xiàn)象與這種場(chǎng)景有點(diǎn)類(lèi)似。

線程1首先申請(qǐng)鎖mutex_a后, 之后嘗試申請(qǐng)mutex_b, 失敗以后, 釋放mutex_a進(jìn)入下一輪循環(huán), 同時(shí)線程2會(huì)因?yàn)閲L試申請(qǐng)mutex_a失敗,而釋放mutex_b, 如果兩個(gè)線程恰好一直保持這種節(jié)奏, 就可能在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)兩者都一次次地擦肩而過(guò)。當(dāng)然這畢竟不是死鎖, 終究會(huì)有一個(gè)線程同時(shí)持有兩把鎖而結(jié)束這種情況。盡管如此, 活鎖的確會(huì)降低性能。

6．8．5死鎖調(diào)試

查看多個(gè)線程堆棧:thread apply all bt
跳轉(zhuǎn)到線程中:t 線程號(hào)
查看具體的調(diào)用堆棧:f 堆棧號(hào)
直接從pid號(hào)用gdb調(diào)試:gdb attach pid
#include

在上述代碼中,一定會(huì)出現(xiàn)死鎖,線程1拿到了互斥鎖1,又再去申請(qǐng)線程2的互斥鎖2,線程2拿到了互斥鎖2又再去申請(qǐng)線程1的互斥鎖1。

開(kāi)始調(diào)試:

1、找到進(jìn)程號(hào)

2、開(kāi)始調(diào)試

3、查看多個(gè)線程堆棧

4、跳轉(zhuǎn)到線程中

5、查看具體調(diào)用堆棧

6、查看互斥鎖1和互斥鎖2,分別被誰(shuí)拿著