使用互斥锁mutex进行进程间同步的说明和示例

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#c++ #算法 #开发语言

于 2022-11-24 17:32:04 首次发布

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本文介绍了如何通过互斥量在进程间实现同步，重点讲解了pthread_mutex_init()函数在初始化互斥锁时的使用，以及如何通过pthread_mutexattr_setpshared()设置互斥锁为进程间共享。示例代码展示了使用互斥量和共享内存进行进程间同步的过程，实现了计数器的并发访问控制。

进程间同步可以使用互斥量mutex（互斥锁）、信号量和文件锁。本文只讲进程间使用互斥量进行同步。这里面的重要函数是pthread_mutex_init()，它负责进行互斥锁的初始化，只有初始化之后才能使用它进行加锁、解锁。这里需要说明的是，mutex不仅可以用于进程间的同步，还可以用于线程间的同步，默认情况下是线程间同步。

如果要用于进程间同步，则需要在pthread_mutex_init初始化之前，修改其属性为进程间共享。pthread_mutexattr_t mattr 类型就是用于定义mutex锁的属性的。

mutex的属性修改函数主要有以下几个：

int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr); 初始化一个mutex属性对象；
int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared); 修改mutex属性；参2：pshared取值：进程锁：PTHREAD_PROCESS_SHARED；线程锁：PTHREAD_PROCESS_PRIVATE （mutex的默认属性即为线程锁，进程间私有）
int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr); 销毁mutex属性对象 (而非销毁锁)
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr); 即将修改后的属性传入该函数，即可产生一个进程锁。

进程间使用互斥量来实现同步的示例：

#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/wait.h>
 
struct mt {
    int num;//待保护的临界资源，一个计数
    pthread_mutex_t mutex;//互斥锁
    pthread_mutexattr_t mutexattr;//互斥锁属性对象，用于设置互斥锁
};
 
int main(void)
{
    int i;
    struct mt *mm;
    pid_t pid;
/*  文件映射方式创建映射区
    int fd = open("mt_test", O_CREAT | O_RDWR, 0777);
    ftruncate(fd, sizeof(*mm));
    mm = mmap(NULL, sizeof(*mm), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    close(fd);
    unlink("mt_test");
*/ 
    mm = mmap(NULL, sizeof(*mm), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANON, -1, 0);
    memset(mm, 0, sizeof(*mm));  //初始化内存
 
    pthread_mutexattr_init(&mm->mutexattr);         //初始化mutex属性对象
    pthread_mutexattr_setpshared(&mm->mutexattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);    //修改属性为进程间共享
 
    pthread_mutex_init(&mm->mutex, &mm->mutexattr);   //初始化一把mutex琐
 
    pid = fork();
    if (pid == 0) {//子进程，使用getpid()可以获取自己的进程id
        for (i = 0; i < 10; i++) {
            pthread_mutex_lock(&mm->mutex);
            (mm->num)++;
            printf("-child----------num++   %d\n", mm->num);
            pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);
            sleep(1);
        }
    } else if (pid > 0) {//父进程，可以使用getpid()获取自己的进程id，同时可以用pid得到子进程 id。一般来说父进程需要控制子进程，所以需要子进程的pid。
        for ( i = 0; i < 10; i++) {
            sleep(1);
            pthread_mutex_lock(&mm->mutex);
            mm->num += 2;
            printf("-------parent---num+=2  %d\n", mm->num);
            pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);
        }
        wait(NULL);//用于等待子进程结束
    }
 
    pthread_mutexattr_destroy(&mm->mutexattr);          //销毁mutex属性对象
    pthread_mutex_destroy(&mm->mutex);                //销毁mutex
    munmap(mm,sizeof(*mm));                         //释放映射区
 
    return 0;
}

输出：
[ok@~/test]# ./processMutexTest

-child----------num++ 1

-------parent---num+=2 3

-child----------num++ 4

-------parent---num+=2 6

-child----------num++ 7

-child----------num++ 8

-------parent---num+=2 10

-------parent---num+=2 12

-child----------num++ 13

-------parent---num+=2 15

-child----------num++ 16