Linux系统编程—进程间同步

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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 
  
    #include 
   
     #include 
    
      #include 
     
       #include 
      
        #include 
       
         #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 sleep1 pthread_mutex_lockmm->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 sleep1 pthread_mutex_lockmm->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; } 
        
       
      
     
    
  

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 
  
    #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include 
   
     #include 
    
      #include 
     
       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; } 
      
     
    
  

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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