进程互斥锁

进程间共享数据的保护，需要进程互斥锁。与线程锁不同，进程锁并没有直接的C库支持，但是在Linux平台，要实现进程之间互斥锁，方法有很多，大家不妨回忆一下你所了解的。下面就是标准C库提供的一系列方案。

1、实现方案

不出意外的话，大家首先想到的应该是信号量（Semaphores）。对信号量的操作函数有两套，一套是Posix标准，另一套是System V标准。

Posix信号量

 sem_t *sem_open(const char *name, int oflag);
 sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value);
 int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
 int sem_wait(sem_t *sem);
 int sem_trywait(sem_t *sem);
 int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
 int sem_close(sem_t *sem);
 int sem_destroy(sem_t *sem);
 int sem_unlink(const char *name);

System V信号量

 int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
 int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
 int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
 int semtimedop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops, struct timespec *timeout);

线程锁共享

其实还有另外一个方案：线程锁共享。这是什么呢，我估计了解它的人不多，如果你知道的话，那可以称为Linux开发牛人了。

线程锁就是pthread那一套C函数了：

 int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr);
 int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t *mutex);
 int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *mutex);
 int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *mutex);
 int pthread_mutex_timedlock (pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);
 int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *mutex);

但是这只能用在一个进程内的多个线程实现互斥，怎么应用到多进程场合呢，被多个进程共享呢？

很简单，首先需要设置互斥锁的进程间共享属性：

 int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *mattr, int pshared);
 pthread_mutexattr_t mattr;
 pthread_mutexattr_init(&mattr);
 pthread_mutexattr_setpshared(&mattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);

其次，为了达到多进程共享的需要，互斥锁对象需要创建在共享内存中。

最后，需要注意的是，并不是所有Linux系统都支持这个特性，程序里需要检查是否定义了_POSIX_SHARED_MEMORY_OBJECTS宏，只有定义了，才能用这种方式实现进程间互斥锁。

2、平台兼容性

我们来看看这三套方案的平台移植性。

• 绝大部分嵌入式Linux系统，glibc或者uclibc，不支持_POSIX_SHARED_MEMORY_OBJECTS；
• 绝大部分嵌入式Linux系统，不支持Posix标准信号量；
• 部分平台，不支持System V标准信号量，比如Android。

3、匿名锁与命名锁

当两个（或者多个）进程没有特殊关系（比如父子进程共享）时，我们只能通过约定好的名字来访问同一个锁，这就是命名锁。然而，如果我们有其他途径定位一个锁，那么匿名锁是更好的选择。这三套方案是否都支持匿名锁与命名锁呢？

• Posix信号量

通过sem_open创建命名锁，通过sem_init创建匿名锁，其实sem_init也支持进程内部锁。

• System V信号量

semget中的key参数可以看成是名字，所以支持命名锁。该方案不支持匿名锁。

• 线程锁共享

不支持命名锁，支持匿名锁。

4、缺陷

在匿名锁与命名锁的支持上，一些方案是有不足的，但这还是小问题，更严重的问题是异常状况下的死锁问题。

与多线程环境不一样的是，在多进程环境中，一个进程的异常退出不会影响其他进程，但是如果使用了进程互斥锁呢？假如一个进程获取了互斥锁，但是在访问互斥资源的代码中crash了，或者遇到信号退出了，那么其他等待同一个锁的进程（内部某个线程）就挂死了。在多线程环境中，程序异常整个进程退出，不需要考虑异常时锁的释放，多进程环境则是一个实实在在的问题。

System V信号量通过UNDO方式可以解决该问题。但是如果考虑到平台兼容性等问题，这三个方案仍不能满足需求，我会接着介绍一种更好的方案。