mutex 的含义

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术语"mutex" 是"mutual exclusion" 的缩写形式。有关安排一种机制，使之能允许并发进程安全地共享资源的一般性问题称为互斥问题。我们的互斥元是信号量机制的一种简化形式，信号量机制由 " THE ”多道程序设计系统引进，这一系统是在 Eindhoven 技术大学开发的，用这所大学荷兰语的首字母命名 ( Dijkstra 1968a ）。获取和释放操作原来被命名为操作 P 和 V ，来自荷兰语词汇 passeren （通过）和 vrijgcven （释放），参考了铁路系统所用的信号灯。 Dijkstra 的经典论文（1968b）是最早澄清并发控制中的各种问题的论文之一，其中阐述了如何利用信号量处理各种并发问题。


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Go语言Mutex的优化与TryLock机制解析
一个被知识诅咒的人
09-24 727
本文详细介绍了Go语言中Mutex锁的实现、优化过程及TryLock机制的应用。通过对Mutex结构、锁的获取与释放、自旋与饥饿问题的解决方案等方面的深入分析，展示了Go语言在高并发环境下的锁管理机制。此外，本文还重点讨论了TryLock方法的实现与使用场景，分析了其局限性和使用中的注意事项，为开发者提供了有效的并发锁优化参考。
【Golang】Mutex源码解析
lcadna的博客
11-08 389
在 Go 中，锁的主要作用是保护共享资源，避免多个 goroutine 同时访问导致数据不一致。常见的锁有sync.Mutex和。以下是一个简单的例子，演示如何用sync.Mutex。
mutex 简单介绍
weixin_33898876的博客
06-27 415
　　“mutex”是术语“互相排斥（mutually exclusive）”的简写形式，也就是互斥量。 　　当两个或更多线程需要同时访问一个共享资源时，系统需要使用同步机制来确保一次只有一个线程使用该资源。Mutex 是同步基元，它只向一个线程授予对共享资源的独占访问权。如果一个线程获取了互斥体，则要获取该互斥体的第二个线程将被挂起，直到第一个线程释放该互斥体。 　　可以使用 WaitHan...
【多线程】互斥锁（Mutex）是什么？
最新发布
guigenyi的专栏
09-24 1066
互斥锁（Mutex）是多线程编程中的关键同步工具，用于实现线程间的互斥访问。它通过加锁（Lock）和解锁（Unlock）操作保护临界区，确保同一时间只有一个线程能访问共享资源，防止数据竞争。互斥锁具有所有权特性，必须由加锁线程解锁，与信号量不同。典型应用场景如银行账户操作，多个线程同时取款时，互斥锁能保证余额计算的正确性。互斥锁简单直观，是构建线程安全程序的基础机制。
操作系统（七） -- 死锁
www_dong的博客
04-20 686
1. 由一个示例引出死锁 多个进程在交替执行的时候，如果控制不好，就会出现死锁的情况；这个问题需要操作系统去处理。 Producer(item) { P(mutex); P(empty); // 代码 V(mutex); V(full); } Consumer() { P(mutex); P(full); // 代码 V(mutex); V(empty); } 一种可能的调用顺序如下： 当mutex=1,empty=0时，首先Producer()，然后Consum
linux线程互斥与同步（part1）—互斥锁（mutex）的原理及其实现机制
My Coding Life
05-25 1万+
一段代码引发的问题首先，我们来编写一段代码，它的目的是定义一个全局变量，创建两个线程对其进行5000++的操作。运行结果如下： 当然，目前来看，这段程序并没有任何的问题。然而，对于此程序，结合线程的特点，我们需要明确两点： 局部变量 i 不是共享的，因为它在栈中 gCount是共享的，因为它是全局变量，属于代码段。 我们知道，只要是共享的资源，那么它就可以看作临界资源，而临界资源的访问需要同步与互
互斥锁(mutex)
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世间所有的相遇都是久别重逢
09-03 10万+
Linux中提供一把互斥锁mutex（也称之为互斥量）。 每个线程在对资源操作前都尝试先加锁，成功加锁才能操作，操作结束解锁。 但通过“锁”就将资源的访问变成互斥操作，而后与时间有关的错误也不会再产生了。 但，应注意：同一时刻，只能有一个线程持有该锁。 当A线程对某个全局变量加锁访问，B在访问前尝试加锁，拿不到锁，B阻塞。C线程不去加锁，而直接访问该全局变量，依然能够访问，但会出...
Rust所有权和Move关键字使用和含义讲解，以及Arc和Mutex使用
04-03 2080
一个值只能被一个变量所拥有，这个变量被称为所有者。一个值同一时刻只能有一个所有者，也就是说不能有两个变量拥有相同的值。所以对应变量赋值、参数传递、函数返回等行为，旧的所有者会把值的所有权转移给新的所有者，以便保证单一所有者的约束。当所有者离开作用域，其拥有的值被丢弃，内存得到释放。这三条规则很好理解，核心就是保证单一所有权。其中第二条规则讲的所有权转移是 Move 语义，Rust 从 C++ 那里学习和借鉴了这个概念。
Mutex 学习笔记
柳贯一的博客
09-17 1241
文章目录Mutex临界区Mutex 互斥锁Mutex 常见的四种错误场景 Mutex 临界区 在并发编程中，如果程序中的一部分被并发访问或修改，为了避免并发访问导致的意想不到的结果，这部分程序需要被保护起来，这部分被保护起来的的程序，就叫临界区 临界区可以是一个被共享的资源，或者一个整体的一组共享资源、比如对数据库的访问、某个共享数据结构的操作、对一个IO设备的使用、对一个连接池中的连接调用。 Mutex 互斥锁 mutex 是使用最广泛的同步原语（并发原语） 同步原语适用场景 共享资源：并发地读写共
std::lock_guard<std::mutex> lock(serial_mutex);啥含义
07-19
std::lock_guard<std::mutex> lock(serial_mutex); 是一个C++代码片段，用于使用互斥锁（mutex）提供一种线程安全的锁定机制。它是一个类模板，用于保护一段代码的执行，防止多个线程同时访问同一资源而产生数据竞争...
【考研】操作系统——同步互斥问题（P、V操作）2
qq_34438969的博客
07-30 2350
17.设有无穷多个信息，输入进程把信息逐个写入缓冲区，输出进程逐个从缓冲区中取出信息。●mutex——互斥信号量，初值为1，表示各进程互斥进人临界区，即保证任何时候只有一。计数器i=0,j=0(i、j分别为输入进程和输出进程使用的缓冲区号码)。B.所有输入进程连续写人缓冲区的个数不能超过缓冲区的总容量(n)。●empty——可供使用的缓冲区数，其初值为n。●full——放有信息的缓冲区数，其初值为0。●full——缓冲区满的情况，初值为0。......
详解互斥锁
如无必要，勿增实体。
09-27 2609
互斥锁（Mutex，全称为Mutual Exclusion Lock）是一种用于多线程同步的机制，其主要目的是确保同一时刻只有一个线程可以访问共享资源或执行特定代码块。互斥锁的实现通常依赖于操作系统提供的API，例如在Linux中使用类型来表示和操作互斥锁。lock()和unlock()。调用lock()方法时，如果锁未被锁定，则当前线程将获得锁并继续执行；如果锁已被其他线程持有，则当前线程会被阻塞，直到锁被释放。互斥锁在多线程编程中广泛应用，特别是在需要严格控制对共享资源访问的场景中。
mutex和semaphore
jiankun_wang的专栏
02-14 1086
Mutex 其含义为互斥(体)，这个词是Mutual Exclude的缩写。Mutex在计算机中是互斥也就是排他持有的一种方式，和信号量（Semaphore）有可以对比之处。有人做过如下类比： Mutex是一把钥匙，一个人拿了就可进入一个房间，出来的时候把钥匙交给队列的第一个。一般的用法是用于串行化对critical section代码的访问，保证这段代码不会被并行的运行。Sema
【考研】操作系统——同步互斥问题（P、V操作）1
qq_34438969的博客
07-30 2030
18.假定一个阅览室最多可容纳100人，读者进入和离开阅览室时都必须在阅览室门口的一张登记表上做标识(进入时登记，离开时去掉登记项)，而且每次只允许一人登记或去掉登记。①应编写几个程序完成此项工作?程序的主要动作是什么?进程与程序间的对应关系如何?■人室前查表、登记一一register()。■出室时删除登记项一一delete()。●mutex一一互斥使用登记表，初值为1。②用P、V操作写出这些进程的同步通信关系。●S一一座位情况，初值为100。●每个读者对应一个进程。............
多线程编程std::thread、std::mutex和信号量
dc爱傲雪和技术
02-22 882
首先，我们需要一个信号量类。C++标准库没有直接提供信号量，但我们可以利用std::mutex和public:// 构造函数初始化信号量的计数器count_。参数count默认为0，意味着信号量在创建时没有资源可用。这个计数器表示信号量当前可用的资源数。//函数用于增加信号量的计数器，表示释放或添加一个资源//函数首先通过std::mutex创建一个std::unique_lock对象lock，确保对count_修改的操作是线程安全的。
什么叫 mutex，为什么叫 mutex
Java的专栏
06-11 449
Mutex是（互斥）的缩写，是一种用于管理对共享资源访问的同步机制。它确保在任何时刻只有一个线程能够访问特定的资源或代码段（临界区），从而避免多个并发执行的线程同时访问和修改同一资源导致的数据不一致或其他并发问题。
C# Mutex 锁 使用详解
鲤籽鲲的博客
02-07 2621
C# Mutex 锁 使用详解
Java多线程基础-14：并发编程中常见的锁策略
wyd_333的博客
07-18 923
详解Java线程安全中的六种锁策略：乐观锁与悲观锁，轻量级锁与重量级锁，自旋锁与挂起等待锁，互斥锁与读写锁，可重入锁与不可重入锁，公平锁与非公平锁。
mutex设备
09-16
<think> 我们之前讨论的是spinlock，现在用户询问的是mutex设备。根据引用内容，mutex（互斥锁）是一种同步原语，用于多线程/多进程环境中保护共享资源。与spinlock不同，mutex在获取锁失败时会让线程进入睡眠状态，而不是忙等待。下面我将详细介绍mutex的原理、实现和应用。 ### 🔒 Mutex详解：原理、实现与应用指南 #### 一、核心原理 1. **基本概念** Mutex（互斥锁）是一种**睡眠等待锁**。当线程尝试获取已被占用的锁时，会主动让出CPU并进入睡眠状态，直到锁被释放后被唤醒。这避免了CPU资源的浪费，适用于临界区执行时间较长的场景[^2]。 2. **数学表示** Mutex的状态可用二元组表示： $$ \text{MutexState} \in \{\text{0(空闲)}, \text{1(占用)}\} $$ 获取锁的操作： $$ \text{acquire()} : \text{if } state=1 \rightarrow \text{阻塞} \quad \text{else} \quad state \leftarrow 1 $$ #### 二、关键特性 1. **内核支持** - 依赖操作系统内核的调度机制（如Linux的`futex`）[^3] - 包含等待队列管理、线程唤醒等系统调用 2. **进程间同步能力** 通过**命名Mutex**实现跨进程同步（如Windows的全局命名空间`Global\\MyMutex`）[^5] 3. **所有权机制** - 锁持有者必须显式释放锁（避免遗忘） - 支持检测**被遗弃的锁**（AbandonedMutexException）[^1] #### 三、Linux内核实现剖析 1. **数据结构** ```c struct mutex { atomic_long_t owner; // 锁持有者+标志位 spinlock_t wait_lock; // 保护等待队列的自旋锁 struct list_head wait_list; // 等待队列 }; ``` 2. **标志位含义** | 标志位 | 描述 | |----------------|--------------------------| | `MUTEX_FLAG_WAITERS` | 存在等待线程（需唤醒） | | `MUTEX_FLAG_HANDOFF` | 锁传递优化（避免饥饿） | 3. **核心操作流程** - **加锁**： ```mermaid graph TD A[尝试原子获取锁] -->|成功| B[直接进入临界区] A -->|失败| C[加入等待队列] C --> D[睡眠并让出CPU] ``` - **解锁**： ```mermaid graph TD E[释放锁] --> F{等待队列非空?} F -->|是| G[唤醒队首线程] F -->|否| H[结束] ``` #### 四、典型应用场景 1. **跨进程同步**（命名Mutex） ```csharp // C# 示例：确保单实例应用 Mutex namedMutex = new Mutex(false, "Global\\MyAppMutex"); if (!namedMutex.WaitOne(5000)) { Console.WriteLine("另一个实例正在运行！"); Environment.Exit(0); } // 运行主程序... namedMutex.ReleaseMutex(); ``` *代码说明：创建全局命名Mutex，5秒内无法获取锁则退出[^5]* 2. **用户态多线程同步** ```c pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_lock(&lock); // 临界区操作 pthread_mutex_unlock(&lock); ``` 3. **长临界区保护** 适用于文件I/O、数据库访问等耗时操作（>100µs） #### 五、与自旋锁（Spinlock）的关键区别 | **维度** | **Mutex** | **Spinlock** | |------------------|------------------------------------|----------------------------------| | **等待机制** | 睡眠等待（主动让出CPU） | 忙等待（持续自旋） | | **中断上下文** | ✘ 不可用 | ✔ 可用（需关闭中断） | | **临界区时长** | 长（ms级） | 短（µs级） | | **性能开销** | 上下文切换开销大 | CPU空转开销大 | | **死锁风险** | 高（需严格释放） | 低（通常自动释放） | #### 六、高级特性与优化 1. **优先级继承（PI）** - 解决优先级反转问题 - 低优先级线程持有锁时临时提升其优先级[^4] 2. **乐观自旋（Optimistic Spinning）** - 当锁即将释放时短暂自旋减少切换开销 - Linux配置：`CONFIG_MUTEX_SPIN_ON_OWNER` 3. **锁传递（Handoff）** - 解锁时直接将所有权移交给等待队列中的线程 - 避免唤醒后的竞争（Linux `MUTEX_FLAG_HANDOFF`）[^4] --- ### 💡 实用建议 1. **锁选择决策树** ```mermaid graph TD A[临界区操作] --> B{执行时长} B -->|>100µs| C[Mutex] B -->|<10µs| D{是否在中断上下文} D -->|是| E[Spinlock] D -->|否| F[考虑自旋锁+乐观自旋] ``` 2. **调试工具** ```bash # Linux死锁检测 echo 1 > /proc/sys/kernel/lockdep dmesg | grep "possible deadlock" ``` --- ### 📚 参考资料 1. [Linux futex机制解析](https://man7.org/linux/man-pages/man2/futex.2.html) 2. 《Operating Systems: Three Easy Pieces》Chapter 28 3. [Microsoft Mutex文档](https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.mutex) §§相关问题§§ 1. Mutex的优先级继承机制如何解决优先级反转问题？ 2. 在Linux中如何通过futex实现用户态Mutex？ 3. 为什么在中断上下文中不能使用Mutex？ </think> ### 🔒 Mutex（互斥锁）深度解析：原理、实现与应用指南 Mutex 是一种**睡眠等待锁**，用于多线程/多进程环境中保护共享资源。当线程尝试获取已被占用的锁时，会主动让出CPU并进入休眠状态（而非自旋），直到锁被释放后被唤醒。以下是核心技术解析： --- ### 一、核心原理 #### 1. **操作系统支持机制** - **等待队列**：内核维护阻塞线程的队列，通过调度器管理唤醒顺序[^3] - **Futex（快速用户空间互斥锁）**： 结合用户空间的原子操作和内核干预（`futex_wait()`/`futex_wake()`），减少系统调用开销[^3] ```c // Futex 伪代码 void lock() { while (!atomic_cas(&lock, 0, 1)) { // 用户态尝试原子获取 futex_wait(&lock, 1); // 获取失败则陷入内核等待 } } ``` - **所有权机制**： 记录持有锁的线程标识，确保仅拥有者能释放锁[^4] #### 2. **数学表示** 锁状态满足： $$ \text{LockState} \in \{0(\text{空闲}), 1(\text{占用})\} \\ \text{acquire}(): \text{if } state=1 \rightarrow \text{阻塞} \quad \text{else} \quad state \leftarrow 1 $$ --- ### 二、关键特性与实现 #### 1. **跨进程同步能力** 通过**命名Mutex**实现全局锁共享（Windows/Linux均支持）： ```csharp // C# 跨进程 Mutex Mutex namedMutex = new Mutex(false, "Global\\MyAppMutex"); ``` *注：`Global\\`前缀表示系统级命名空间，允许多进程访问[^1][^5]* #### 2. **核心操作** | **方法** | **作用** | |--------------------|--------------------------------------------------------------------------| | `WaitOne()` | 阻塞直至获取锁（支持超时参数）[^1] | | `ReleaseMutex()` | 释放锁（仅锁持有者可调用） | | `Close()` | 释放系统资源（或使用`using`自动管理） | #### 3. **异常处理** - **`AbandonedMutexException`**： 当线程终止前未释放锁时触发，需设计恢复逻辑[^1] ```csharp try { mutex.WaitOne(); // 临界区操作 } catch (AbandonedMutexException ex) { Console.WriteLine("检测到被遗弃的锁！"); } finally { mutex.ReleaseMutex(); } ``` --- ### 三、典型应用场景 #### 1. **单实例应用程序** 确保全局仅运行一个程序实例[^5]： ```csharp // C# 单实例检查 using (Mutex mutex = new Mutex(true, "Global\\MyApp", out bool createdNew)) { if (!createdNew) { Console.WriteLine("程序已在运行！"); Environment.Exit(0); } // 主程序逻辑 } ``` #### 2. **多线程共享资源保护** ```csharp private static Mutex fileMutex = new Mutex(); void WriteToFile(string data) { fileMutex.WaitOne(); File.AppendAllText("log.txt", data); fileMutex.ReleaseMutex(); } ``` #### 3. **分布式系统协调** 命名Mutex可用于跨进程的作业调度（如定时任务排重） --- ### 四、与自旋锁（Spinlock）的关键区别 | **特性** | **Mutex** | **Spinlock** | |------------------|------------------------------------|----------------------------------| | **等待机制** | 睡眠等待（让出CPU） | 忙等待（CPU自旋） | | **适用场景** | 长临界区（>1ms）、用户态 | 短临界区（µs级）、内核中断上下文 | | **开销** | 上下文切换代价高 | CPU占用高但无切换延迟 | | **跨进程** | ✔ 支持（命名Mutex） | ✘ 仅限同一进程 | --- ### 五、高级优化机制 1. **优先级继承（Priority Inheritance）** 低优先级线程持有锁时，临时提升其优先级以避免**优先级反转**问题[^4] ```c // Linux内核实现片段 struct mutex { atomic_long_t owner; // 低3位存储标志位 #define MUTEX_FLAG_PI 0x2 // 优先级继承标志 }; ``` 2. **乐观自旋（Optimistic Spinning）** 当锁即将释放时，短暂自旋减少睡眠-唤醒开销（Linux `CONFIG_MUTEX_SPIN_ON_OWNER`） --- ### 💡 实践建议 1. **锁选择决策树** ```mermaid graph TD A[需要同步的资源] --> B{临界区执行时间} B -->|>100µs| C[Mutex] B -->|<10µs| D{是否在中断上下文} D -->|是| E[Spinlock] D -->|否| F[测试两种锁性能] ``` 2. **防御性编程** - 使用`using`块确保锁释放 - 设置超时避免永久阻塞：`mutex.WaitOne(TimeSpan.FromSeconds(5))` --- ### 📚 参考资料 1. [Microsoft Mutex文档](https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.mutex) 2. 《Operating Systems: Three Easy Pieces》Chapter 28 3. [Linux futex设计解析](https://man7.org/linux/man-pages/man2/futex.2.html)
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