Linux系统编程 | 进程间同步

一时失言乱红尘 2022-02-13 12:45 199阅读 0赞

我们知道，线程间同步有多种方式，比如：信号量、互斥量、读写锁，等等。那进程间如何实现同步呢？本文介绍两种方式：互斥量和文件锁。

互斥量mutex

我们已经知道了互斥量可以用于在线程间同步，但实际上，互斥量也可以用于进程间的同步。为了达到这一目的，可以在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： 用于定义互斥量的属性

pthread\_mutexattr\_init函数： 初始化一个mutex属性对象

pthread\_mutexattr\_destroy函数： 销毁mutex属性对象 (而非销毁锁)

pthread\_mutexattr\_setpshared函数： 修改mutex属性。

int pthread\_mutexattr\_setpshared(pthread\_mutexattr\_t \*attr, int pshared);

我们重点看第二个参数：pshared，它有以下两个取值：

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

要想实现进程间同步，需要将mutex的属性改为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++) {
                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);          //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;
    }

![416c97b7d1788603966d2223b2a84c13d15b6b53][]

文件锁

顾名思义，就是通过文件实现锁机制。具体来讲，是通过借助 fcntl函数来实现锁机制。当操作文件的进程没有获得锁时，虽然可以打开文件，但无法对文件执行执行read、write操作。

fcntl函数：

函数原型：

int fcntl(int fd, int cmd, ... /\* arg \*/ );

函数作用：

获取、设置文件访问控制属性。

参数介绍：

参数cmd有以下取值：

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

数据类型flock原型如下：

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：1000

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：

#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;        /*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;
    }

![936b5556d7d4e1beb6062bd595ce22c2c96ebe34][]

文件锁类似于读写锁，依然遵循“读共享、写独占”特性。但是，如果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。

既然文件锁可用应用在进程中，那在多线程中，可以使用文件锁吗？

答案是不行的。因为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。

原文发布时间为：2018-09-19

本文作者：良许

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[Linux]: https://mp.weixin.qq.com/s/-t9-bLfNcjOShXLazhMgCA