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

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <unistd.h>
  3. #include <fcntl.h>
  4. #include <stdlib.h>
  5. #include <string.h>
  6. #include <pthread.h>
  7. #include <sys/mman.h>
  8. #include <sys/wait.h>
  9. struct mt {
  10. int num;
  11. pthread_mutex_t mutex;
  12. pthread_mutexattr_t mutexattr;
  13. };
  14. int main(void)
  15. {
  16. int i;
  17. struct mt *mm;
  18. pid_t pid;
  19. mm = mmap(NULL, sizeof(*mm), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANON, -1, 0);
  20. memset(mm, 0, sizeof(*mm));
  21. pthread_mutexattr_init(&mm->mutexattr); //初始化mutex属性对象
  22. pthread_mutexattr_setpshared(&mm->mutexattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED); //修改属性为进程间共享
  23. pthread_mutex_init(&mm->mutex, &mm->mutexattr); //初始化一把mutex琐
  24. pid = fork();
  25. if (pid == 0) {
  26. for (i = 0; i < 10; i++) {
  27. sleep(1);
  28. pthread_mutex_lock(&mm->mutex);
  29. (mm->num)++;
  30. pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);
  31. printf("-child----------num++ %d\n", mm->num);
  32. }
  33. } else if (pid > 0) {
  34. for ( i = 0; i < 10; i++) {
  35. sleep(1);
  36. pthread_mutex_lock(&mm->mutex);
  37. mm->num += 2;
  38. pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);
  39. printf("-------parent---num+=2 %d\n", mm->num);
  40. }
  41. wait(NULL);
  42. }
  43. pthread_mutexattr_destroy(&mm->mutexattr); //销毁mutex属性对象
  44. pthread_mutex_destroy(&mm->mutex); //销毁mutex
  45. munmap(mm,sizeof(*mm)); //释放映射区
  46. return 0;
  47. }

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:

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <sys/types.h>
  3. #include <sys/stat.h>
  4. #include <fcntl.h>
  5. #include <unistd.h>
  6. #include <stdlib.h>
  7. void sys_err(char *str)
  8. {
  9. perror(str);
  10. exit(1);
  11. }
  12. int main(int argc, char *argv[])
  13. {
  14. int fd;
  15. struct flock f_lock;
  16. if (argc < 2) {
  17. printf("./a.out filename\n");
  18. exit(1);
  19. }
  20. if ((fd = open(argv[1], O_RDWR)) < 0)
  21. sys_err("open");
  22. f_lock.l_type = F_WRLCK; /*选用写琐*/
  23. // f_lock.l_type = F_RDLCK; /*选用读琐*/
  24. f_lock.l_whence = SEEK_SET;
  25. f_lock.l_start = 0;
  26. f_lock.l_len = 0; /* 0表示整个文件加锁 */
  27. fcntl(fd, F_SETLKW, &f_lock);
  28. printf("get flock\n");
  29. sleep(10);
  30. f_lock.l_type = F_UNLCK;
  31. fcntl(fd, F_SETLKW, &f_lock);
  32. printf("un flock\n");
  33. close(fd);
  34. return 0;
  35. }

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。

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