【操作系统】互斥锁 mutex 结构解析

结构详解

typedef union
{
  struct __pthread_mutex_s
  {
    int __lock;
    unsigned int __count;
    int __owner;
    unsigned int __nusers;
    int __kind;
    short __spins;
    short __elision;
    __pthread_list_t __list;
  } __data;
  char __size[__SIZEOF_PTHREAD_MUTEX_T];
  long int __align;
} pthread_mutex_t;

下面是各字段的意义：

• __lock：锁的状态，0 表示未锁定，1 表示已锁定。

• __count：锁的计数器，用于支持递归锁。如果是普通锁，则该值为 0；如果是递归锁，则该值表示锁的嵌套层数。

• __owner：持有该锁的线程 ID，如果锁当前未被任何线程持有，则该值为 0。

• __nusers：等待该锁的线程数。

• __kind：锁的类型，包括 PTHREAD_MUTEX_NORMAL（普通锁）、PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE（递归锁）和 PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK（检错锁）。

• __spins：自旋次数，用于优化锁的性能。

• __elision：是否启用事务内存（Transactional Memory）优化。

• __list：等待该锁的线程链表。

__owner 字段确认目前持有互斥锁线程【解决死锁关键思路】

在 pthread_mutex_t 结构体中，__owner 字段表示当前持有该锁的线程 ID。如果该锁当前未被任何线程持有，则 __owner 字段的值为 0。

如果您想通过 __owner 字段确定是哪一个线程持有了该锁，可以使用 pthread_mutex_lock 函数的返回值来获取当前线程的 ID。pthread_mutex_lock 函数的返回值是 0 表示成功获取锁，否则表示获取锁失败。

例如，假设您的代码中有如下的互斥锁：

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

如果您想获取当前持有该锁的线程 ID，可以使用如下的代码：

pthread_mutex_lock(&mutex);
int owner = mutex.__data.__owner;
pthread_mutex_unlock(&mutex);

if (owner != 0) {
    printf("The owner of the mutex is thread %d\n", owner);
} else {
    printf("The mutex is not currently held by any thread\n");
}

在上面的代码中，首先使用 pthread_mutex_lock 函数获取锁，然后获取 __owner 字段的值，最后使用 pthread_mutex_unlock 函数释放锁。如果 __owner 字段的值不为 0，则表示该锁当前被某个线程持有，您可以通过该值来确定是哪一个线程持有了该锁。

需要注意的是，由于 __owner 字段是 pthread_mutex_t 结构体的内部实现细节，因此不建议直接访问该字段。如果您需要获取锁的持有者信息，可以考虑使用 pthread_mutex_lock 函数的返回值来获取当前线程的 ID。

具体实例

在 gdb 中，您可以使用 info threads 命令来查看所有线程的状态，以及它们所持有的锁的信息。该命令会打印出所有线程的状态信息，包括线程 ID、状态、当前所在函数等信息。您可以根据这些信息来分析死锁的原因。

在 info threads 命令的输出中，如果某个线程处于等待锁的状态，那么它的状态信息中会显示 Waiting for this lock，并且会显示该锁的地址。例如：

(gdb) info threads
  Id   Target Id         Frame 
  1    Thread 0x7ffff7fbf700 (LWP 12345) "a.out" 0x00005555555546c9 in main ()
  2    Thread 0x7ffff67fe700 (LWP 12346) "a.out" 0x0000555555554a3a in thread_func2 ()
         at test.c:15
         Waiting for this lock: 0x7ffff7fc0000
  3    Thread 0x7ffff5ffd700 (LWP 12347) "a.out" 0x0000555555554a3a in thread_func1 ()
         at test.c:9
         Locked by thread 3: 0x7ffff7fc0000

在上面的输出中，线程 2 正在等待锁 0x7ffff7fc0000，而线程 3 则已经持有了该锁。如果您想查看某个锁的详细信息，可以使用 p mutex 命令来打印出该锁的信息。例如：

(gdb) p mutex 0x7ffff7fc0000
$1 = {
  __data = {
    __lock = 0, 
    __count = 0, 
    __owner = 0, 
    __nusers = 0, 
    __kind = 0, 
    __spins = 0, 
    __list = {
      __prev = 0x0, 
      __next = 0x0
    }
  }, 
  __size = "\000\000\000\000\000\000\000\000\000\000\000\000\000\000\000\000", '\000' , 
  __align = 0
}

在上面的输出中，您可以看到该锁的详细信息，包括锁的状态、持有者、等待者等信息。通过分析这些信息，您可以更好地理解程序中锁的使用情况，从而避免死锁的发生。