Haohao Notes

DREAM OF TECHNICAL ACHIEVEMENT

0%

Linux系统编程-线程同步

同步概念

所谓同步,即同时起步,协调一致。不同的对象,对“同步”的理解方式略有不同。如,设备同步,是指在两个设备之间规定一个共同的时间参考;数据库同步,是指让两个或多个数据库内容保持一致,或者按需要部分保持一致;文件同步,是指让两个或多个文件夹里的文件保持一致。等等…

而,编程中、通信中所说的同步与生活中大家印象中的同步概念略有差异。“同”字应是指协同、协助、互相配合。主旨在协同步调,按预定的先后次序运行。

线程同步

同步即协同步调,按预定的先后次序运行。

线程同步,指一个线程发出某一功能调用时,在没有得到结果之前,该调用不返回。同时其它线程为保证数据一致性,不能调用该功能。

举例1: 银行存款 5000。柜台,折:取3000;提款机,卡:取 3000。剩余:2000

举例2: 内存中100字节,线程T1欲填入全1, 线程T2欲填入全0。但如果T1执行了50个字节失去cpu,T2执行,会将T1写过的内容覆盖。当T1再次获得cpu继续 从失去cpu的位置向后写入1,当执行结束,内存中的100字节,既不是全1,也不是全0。

产生的现象叫做“与时间有关的错误”(time related)。为了避免这种数据混乱,线程需要同步。

“同步”的目的,是为了避免数据混乱,解决与时间有关的错误。实际上,不仅线程间需要同步,进程间、信号间等等都需要同步机制。

因此,所有“多个控制流,共同操作一个共享资源”的情况,都需要同步。

数据混乱原因

据混乱原因:

  1. 资源共享(独享资源则不会)
  2. 调度随机(意味着数据访问会出现竞争)
  3. 线程间缺乏必要的同步机制。

以上3点中,前两点不能改变,欲提高效率,传递数据,资源必须共享。只要共享资源,就一定会出现竞争。只要存在竞争关系,数据就很容易出现混乱。

所以只能从第三点着手解决。使多个线程在访问共享资源的时候,出现互斥。

互斥量mutex

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。

资源还是共享的,线程间也还是竞争的,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。

加锁图例

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,但会出现数据混乱。

所以,互斥锁实质上是操作系统提供的一把“建议锁”(又称“协同锁”),建议程序中有多线程访问共享资源的时候使用该机制。但,并没有强制限定。

因此,即使有了mutex,如果有线程不按规则来访问数据,依然会造成数据混乱。

主要应用函数

pthread_mutex_t 类型,其本质是一个结构体。为简化理解,应用时可忽略其实现细节,简单当成整数看待。

pthread_mutex_t mutex; 变量mutex只有两种取值1、0。

pthread_mutex_init函数

初始化一个互斥锁(互斥量) —> 初值可看作1
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

  • 参1:传出参数,调用时应传 &mutex
    restrict关键字:只用于限制指针,告诉编译器,所有修改该指针指向内存中内容的操作,只能通过本指针完成。不能通过除本指针以外的其他变量或指针修改
  • 参2:互斥量属性。是一个传入参数,通常传NULL,选用默认属性(线程间共享)。 参APUE.12.4同步属性

静态初始化:如果互斥锁 mutex 是静态分配的(定义在全局,或加了static关键字修饰),可以直接使用宏进行初始化。e.g. pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
动态初始化:局部变量应采用动态初始化。e.g. pthread_mutex_init(&mutex, NULL)

pthread_mutex_destroy函数

销毁一个互斥锁int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

pthread_mutex_lock函数

加锁。可理解为将mutex–(或-1)int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

pthread_mutex_unlock函数

解锁。可理解为将mutex ++(或+1)int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

pthread_mutex_trylock函数

尝试加锁int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

以上5个函数的返回值都是:成功返回0, 失败返回错误号。

加锁与解锁

lock与unlock

lock尝试加锁,如果加锁不成功,线程阻塞,阻塞到持有该互斥量的其他线程解锁为止。

unlock主动解锁函数,同时将阻塞在该锁上的所有线程全部唤醒,至于哪个线程先被唤醒,取决于优先级、调度。默认:先阻塞、先唤醒。

例如:T1 T2 T3 T4 使用一把mutex锁。T1加锁成功,其他线程均阻塞,直至T1解锁。T1解锁后,T2 T3 T4均被唤醒,并自动再次尝试加锁。

可假想mutex锁 init成功初值为1。 lock 功能是将mutex–。 unlock将mutex++

lock与trylock

lock加锁失败会阻塞,等待锁释放。

trylock加锁失败直接返回错误号(如:EBUSY),不阻塞。

加锁步骤测试

看如下程序:该程序是非常典型的,由于共享、竞争而没有加任何同步机制,导致产生于时间有关的错误

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void *tfn(void *arg)
{
srand(time(NULL));
while (1) {

printf("hello ");
sleep(rand() % 3); /*模拟长时间操作共享资源,导致cpu易主,产生与时间有关的错误*/
printf("world\n");
sleep(rand() % 3);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
srand(time(NULL));
pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);
while (1) {
printf("HELLO ");
sleep(rand() % 3);
printf("WORLD\n");
sleep(rand() % 3);
}
pthread_join(tid, NULL);
return 0;
}

运行结果:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
[root@localhost code]# ./test
HELLO WORLD
HELLO WORLD
hello world
hello world
hello HELLO world
hello WORLD
HELLO world
hello WORLD
HELLO WORLD

加锁后的程序:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

pthread_mutex_t mutex;

void *tfn(void *arg)
{
srand(time(NULL));

while (1) {
pthread_mutex_lock(&mutex); //mutex--
printf("hello ");
sleep(rand() % 3); /*模拟长时间操作共享资源,导致cpu易主,产生与时间有关的错误*/
printf("world\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex); //mutex--
sleep(rand() % 3);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
srand(time(NULL));
int flag = 5;

pthread_mutex_init(&mutex, NULL); //mutex = 1

pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);
while (flag--) {
pthread_mutex_lock(&mutex); //mutex--
printf("HELLO ");
sleep(rand() % 3);
printf("WORLD\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex); //mutex++

sleep(rand() % 3);
}
pthread_cancel(tid);
pthread_join(tid, NULL);

pthread_mutex_destroy(&mutex);

return 0;
}

运行结果:

1
2
3
4
5
6
[root@localhost code]# ./test                      
HELLO WORLD
hello world
hello world
HELLO WORLD
hello world

结论:在访问共享资源前加锁,访问结束后立即解锁。锁的“粒度”应越小越好。

死锁

  1. 线程试图对同一个互斥量A加锁两次。
  2. 线程1拥有A锁,请求获得B锁;线程2拥有B锁,请求获得A锁

读写锁

与互斥量类似,但读写锁允许更高的并行性。其特性为:写独占,读共享。

读写锁状态

一把读写锁具备三种状态:

  1. 读模式下加锁状态 (读锁)
  2. 写模式下加锁状态 (写锁)
  3. 不加锁状态

读写锁特性

  1. 读写锁是“写模式加锁”时, 解锁前,所有对该锁加锁的线程都会被阻塞。
  2. 读写锁是“读模式加锁”时, 如果线程以读模式对其加锁会成功;如果线程以写模式加锁会阻塞。
  3. 读写锁是“读模式加锁”时, 既有试图以写模式加锁的线程,也有试图以读模式加锁的线程。那么读写锁会阻塞随后的读模式锁请求。优先满足写模式锁。读锁、写锁并行阻塞,写锁优先级高

读写锁也叫共享-独占锁。当读写锁以读模式锁住时,它是以共享模式锁住的;当它以写模式锁住时,它是以独占模式锁住的。写独占、读共享

读写锁非常适合于对数据结构读的次数远大于写的情况。

主要应用函数

pthread_rwlock_init函数

初始化一把读写锁int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
参2:attr表读写锁属性,通常使用默认属性,传NULL即可。

pthread_rwlock_destroy函数

销毁一把读写锁int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

pthread_rwlock_rdlock函数

以读方式请求读写锁。(常简称为:请求读锁)int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

pthread_rwlock_wrlock函数

以写方式请求读写锁。(常简称为:请求写锁)int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

pthread_rwlock_unlock函数

解锁int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

pthread_rwlock_tryrdlock函数

非阻塞以读方式请求读写锁(非阻塞请求读锁)int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

pthread_rwlock_trywrlock函数

非阻塞以写方式请求读写锁(非阻塞请求写锁)int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

示例

同时有多个线程对同一全局数据读、写操作。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

int counter;
pthread_rwlock_t rwlock;

/* 3个线程不定时写同一全局资源,5个线程不定时读同一全局资源 */
void *th_write(void *arg)
{
int t, i = (int)arg;
while (1) {
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
t = counter;
usleep(1000);
printf("=======write %d: %lu: counter=%d ++counter=%d\n", i, pthread_self(), t, ++counter);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
usleep(10000);
}
return NULL;
}
void *th_read(void *arg)
{
int i = (int)arg;

while (1) {
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
printf("----------------------------read %d: %lu: %d\n", i, pthread_self(), counter);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
usleep(2000);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
int i;
pthread_t tid[8];
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);

for (i = 0; i < 3; i++)
pthread_create(&tid[i], NULL, th_write, (void *)i);
for (i = 0; i < 5; i++)
pthread_create(&tid[i+3], NULL, th_read, (void *)i);
for (i = 0; i < 8; i++)
pthread_join(tid[i], NULL);

pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
return 0;
}

条件变量

条件本身不是锁!但它也可以造成线程阻塞。通常与互斥锁配合使用。给多线程提供一个会合的场所。

主要应用函数

pthread_cond_init函数

初始化一个条件变量int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);
参2:attr表条件变量属性,通常为默认值,传NULL即可
也可以使用静态初始化的方法,初始化条件变量:
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

pthread_cond_destroy函数

销毁一个条件变量int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

pthread_cond_wait函数

阻塞等待一个条件变量int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
函数作用:
阻塞等待条件变量cond(参1)满足
释放已掌握的互斥锁(解锁互斥量)相当于pthread_mutex_unlock(&mutex);
1.2.两步为一个原子操作。
当被唤醒,pthread_cond_wait函数返回时,解除阻塞并重新申请获取互斥锁pthread_mutex_lock(&mutex);

pthread_cond_timedwait函数

限时等待一个条件变量
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);

参3:

1
2
3
4
struct timespec {
time_t tv_sec; /* seconds */ 秒
long tv_nsec; /* nanosecondes*/ 纳秒
}

形参abstime:绝对时间。

如:time(NULL)返回的就是绝对时间。而alarm(1)是相对时间,相对当前时间定时1秒钟。 struct timespec t = {1, 0};sem_timedwait(&sem, &t); 这样只能定时到 1970年1月1日 00:00:01秒(早已经过去)
正确用法:

1
2
3
4
time_t cur = time(NULL);// 获取当前时间。
struct timespec t; //定义timespec 结构体变量t
t.tv_sec = cur+1; //定时1秒
pthread_cond_timedwait (&cond, &t); //传参

参APUE.11.6线程同步条件变量小节

在讲解setitimer函数时我们还提到另外一种时间类型:

1
2
3
4
struct timeval {
time_t tv_sec; /* seconds */ 秒
suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ 微秒
};

pthread_cond_signal函数

唤醒至少一个阻塞在条件变量上的线程int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

pthread_cond_broadcast函数

唤醒全部阻塞在条件变量上的线程int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

生产者消费者条件变量模型

线程同步典型的案例即为生产者消费者模型,而借助条件变量来实现这一模型,是比较常见的一种方法。假定有两个线程,一个模拟生产者行为,一个模拟消费者行为。两个线程同时操作一个共享资源(一般称之为汇聚),生产向其中添加产品,消费者从中消费掉产品。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

struct msg {
struct msg *next;
int num;
};
struct msg *head;

pthread_cond_t has_product = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *consumer(void *p)
{
struct msg *mp;
for (;;) {
pthread_mutex_lock(&lock);
while (head == NULL) { //头指针为空,说明没有节点 可以为if吗
pthread_cond_wait(&has_product, &lock);
}
mp = head;
head = mp->next; //模拟消费掉一个产品
pthread_mutex_unlock(&lock);

printf("-Consume ---%d\n", mp->num);
free(mp);
sleep(rand() % 5);
}
}
void *producer(void *p)
{
struct msg *mp;
while (1) {
mp = malloc(sizeof(struct msg));
mp->num = rand() % 1000 + 1; //模拟生产一个产品
printf("-Produce ---%d\n", mp->num);

pthread_mutex_lock(&lock);
mp->next = head;
head = mp;
pthread_mutex_unlock(&lock);

pthread_cond_signal(&has_product); //将等待在该条件变量上的一个线程唤醒
sleep(rand() % 5);
}
}
int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t pid, cid;
srand(time(NULL));

pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);
pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);

pthread_join(pid, NULL);
pthread_join(cid, NULL);
return 0;
}

条件变量的优点

相较于mutex而言,条件变量可以减少竞争。

如直接使用mutex,除了生产者、消费者之间要竞争互斥量以外,消费者之间也需要竞争互斥量,但如果汇聚(链表)中没有数据,消费者之间竞争互斥锁是无意义的。有了条件变量机制以后,只有生产者完成生产,才会引起消费者之间的竞争。提高了程序效率。

信号量

进化版的互斥锁(1 –> N)

由于互斥锁的粒度比较大,如果我们希望在多个线程间对某一对象的部分数据进行共享,使用互斥锁是没有办法实现的,只能将整个数据对象锁住。这样虽然达到了多线程操作共享数据时保证数据正确性的目的,却无形中导致线程的并发性下降。线程从并行执行,变成了串行执行。与直接使用单进程无异。

信号量,是相对折中的一种处理方式,既能保证同步,数据不混乱,又能提高线程并发。

主要应用函数

信号量基本操作:
sem_wait:

  1. 信号量大于0,则信号量–类比pthread_mutex_lock)
  2. 信号量等于0,造成线程阻塞

sem_post:将信号量++,同时唤醒阻塞在信号量上的线程(类比pthread_mutex_unlock)
但,由于sem_t的实现对用户隐藏,所以所谓的++、–操作只能通过函数来实现,而不能直接++、–符号。

信号量的初值,决定了占用信号量的线程的个数。

sem_init函数

初始化一个信号量int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

  • 参1:sem信号量
  • 参2:pshared取0用于线程间;取非0用于进程间
  • 参3:value指定信号量初值

sem_destroy函数

销毁一个信号量int sem_destroy(sem_t *sem);

sem_wait函数

给信号量加锁 –int sem_wait(sem_t *sem);

sem_post函数

给信号量解锁 ++int sem_post(sem_t *sem);

sem_trywait函数

尝试对信号量加锁 – (与sem_wait的区别类比lock和trylock)int sem_trywait(sem_t *sem);

sem_timedwait函数

限时尝试对信号量加锁 – int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
参2:abs_timeout采用的是绝对时间。
定时1秒:

1
2
3
4
time_t cur = time(NULL); //获取当前时间。
struct timespec t;//定义timespec 结构体变量t
t.tv_sec = cur+1; //定时1秒
sem_timedwait(&sem, &t); //传参

生产者消费者信号量模型

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>

#define NUM 5

int queue[NUM]; //全局数组实现环形队列
sem_t blank_number, product_number; //空格子信号量, 产品信号量
void *producer(void *arg)
{
int i = 0;
while (1) {
sem_wait(&blank_number); //生产者将空格子数--,为0则阻塞等待
queue[i] = rand() % 1000 + 1; //生产一个产品
printf("----Produce---%d\n", queue[i]);
sem_post(&product_number); //将产品数++

i = (i+1) % NUM; //借助下标实现环形
sleep(rand()%1);
}
}

void *consumer(void *arg)
{
int i = 0;
while (1) {
sem_wait(&product_number); //消费者将产品数--,为0则阻塞等待
printf("-Consume---%d %lu\n", queue[i], pthread_self());
queue[i] = 0; //消费一个产品
sem_post(&blank_number); //消费掉以后,将空格子数++

i = (i+1) % NUM;
sleep(rand()%1);
}
}

int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t pid, cid;

sem_init(&blank_number, 0, NUM); //初始化空格子信号量为5
sem_init(&product_number, 0, 0); //产品数为0

pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);

pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);
pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);

pthread_join(pid, NULL);
pthread_join(cid, NULL);

sem_destroy(&blank_number);
sem_destroy(&product_number);

return 0;
}

进程间同步

互斥量mutex

进程间也可以使用互斥锁,来达到同步的目的。但应在pthread_mutex_init初始化之前,修改其属性为进程间共享。mutex的属性修改函数主要有以下几个。

主要应用函数

  • pthread_mutexattr_t mattr 类型: 用于定义mutex锁的【属性】
  • pthread_mutexattr_init函数: 初始化一个mutex属性对象
  • int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);
  • pthread_mutexattr_destroy函数: 销毁mutex属性对象 (而非销毁锁)
  • int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);
  • pthread_mutexattr_setpshared函数: 修改mutex属性。
  • int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared);

参2:pshared取值:
线程锁:PTHREAD_PROCESS_PRIVATE (mutex的默认属性即为线程锁,进程间私有)
进程锁:PTHREAD_PROCESS_SHARED

进程间mutex示例

进程间使用mutex来实现同步

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
#include <fcntl.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 fd, i;
struct mt *mm;
pid_t pid;

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));

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) {
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) {
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);
}

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;
}

文件锁

借助 fcntl函数来实现锁机制。 操作文件的进程没有获得锁时,可以打开,但无法执行read、write操作。

fcntl函数: 获取、设置文件访问控制属性。int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

参2:

  • F_SETLK (struct flock *) 设置文件锁(trylock)
  • F_SETLKW (struct flock *) 设置文件锁(lock)W –> wait
  • F_GETLK (struct flock *) 获取文件锁

参3:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
struct flock {
...
short l_type; 锁的类型: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:
off_t l_len; 长度:0表示整个文件加锁
pid_t l_pid; 持有该锁的进程ID:(F_GETLK only)
...
};

进程间文件锁示例

多个进程对加锁文件进行访问

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.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; /*选用写琐*/
f_lock.l_type = F_RDLCK; /*选用读琐*/

f_lock.l_whence = SEEK_SET;
f_lock.l_start = 0;
f_lock.l_len = 0; /* 0表示整个文件加锁 */

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;
}

依然遵循“读共享、写独占”特性。但!如若进程不加锁直接操作文件,依然可访问成功,但数据势必会出现混乱。

多线程中,可以使用文件锁吗?

多线程间共享文件描述符,而给文件加锁,是通过修改文件描述符所指向的文件结构体中的成员变量来实现的。因此,多线程中无法使用文件锁。