[多线程学习笔记]互斥量

在学习操作系统概念的时候，我直到互斥量的概念是简单的，就是为了保护临界区代码。

让一次只有一个线程访问临界区代码。

在学习《POSIX多线程程序设计》的时候看到了不变量，临界区和谓词的概念才有所感悟。

所谓临界区代码，就是那些影响了共享数据的代码。

“由于大部分程序员习惯于思考程序功能而非程序数据，所以你会发现认识临界区比认识数据不变量更容易。不过临界区总能够对应到一个数据不变量，反之亦然。”

typedef struct my_struct_tag

{

    pthread_mutex_t mutex; /* 保护value被访问*/

    int                         value; /* 被保护的value    */

}my_struct_t;

 

我觉得这个结构体很能给我启示，他把要被保护的值和一个互斥量封装在一个结构体里。

 

因为我现在一直在数据流划分的问题，多个线程给我一滩的感觉，我无法感触到实体的感觉，我想：难道解决这个问题的方法就是封装再封装？

 

我还对多线程的队列有了想法，难道让每一个节点一个队列？

 

1.不能锁了之后，又锁，会造成自死锁。

2.不要解锁一个已经解锁的互斥量。

 

使用互斥量本来就是为了实现原子操作。

 

互斥量的设计因素本来就是矛盾的：

1. 互斥量不是免费的，需要时间来加锁和解锁，所以锁的数量应该尽量少，每个锁所保护的区域应该尽量的大。

 

2. 互斥量的本质是串行执行，如果很多线程需要频繁的加锁同一个互斥量，那么线程的大部分时间就会在等待。这对性能是有害的。

 

如果互斥量保护的数据包含彼此无关的代码片段，则可以将大的互斥量分解为几个小的互斥量来提高性能。这样，任意时刻需要小互斥量的线程减少，线程等待的时间就会减少。

所以 锁的数量应该足够多，每个锁保护的区域应该足够大。

 

3. 上述两方面看起来是相互矛盾的，但是：平衡正是我们的追求。

 

加锁层次：

 

固定加锁层次：

所有需要同时加锁互斥量A和互斥量B的代码，必须首先加锁互斥量A,然后加锁互斥量B.

试加锁和回退：

在锁住某个集合中的第一个互斥量后，使用pthread_mutex_trylock来加锁集合中的其他互斥量，

如果失败则将集合中所有已经加锁互斥量释放，并重 int lock_set(lock_set * set )

{ lock * lock; /* 头是哑节点*/

    lock = set->head; for(lock = lock->next;lock;lock=lock->next) { if(trylock(lock) != SUCCESS) { /* 解锁顺序最好和加锁顺序相反，原来如此。*/

            for(lock=set->tail;lock != set->head;lock=lock->prev) { unlock(lock); }  } } } 上面这个方法更好吧。 int unlock_set(lock_set * set) { lock * lock; lock = set->tail; for(lock;lock != set->head;lock=lock->prev) { unlock(lock); } }

如果你使用“试锁和回退”算法，你应该总是以相反的顺序解锁互斥量，即加锁顺序 1234，解锁顺序4321

 

防止你这边解掉了123个锁，另一个线程保持这些锁之后，准备拿第四个锁的时候，发现4还在锁的状态，于是又把123给释放了。

所以这么做在于减少回退操作的可能性。

 

链锁：

链锁是层次锁的一个特殊实例，即两个锁的作用范围相互交叠。当锁住第一个互斥量后，代码进入一个区域，这个区域需要另一个互斥量。

 

当锁住另一个互斥量后，第一个互斥量就不再需要，可以释放它了。

 

这种技巧在遍历如树形结构或者链表结构时十分有用。

 

每一个节点设置一个互斥量，而不是一个互斥量锁住整个数据结构，阻止任何并行访问。

 

遍历代码可以首先锁住队列头或者树根节点，找到期望的节点，锁住它，然后释放根节点或队列互斥量。

 

（。。。。。。原来一个队列应该这样写。。。。。。。。哈哈）

 

由于链锁是层次锁的一个特殊实例，所以如果你小心使用，两者是兼容的。当平衡或修剪树形结构时，可以使用层次锁。

 

而当搜索某个节点时，可以使用链锁。

 

仅当多个线程几乎总是活跃在层次中的不同部分时才应该使用链锁。

 

 

互斥量的另外一个用法：

我一直认为互斥量的存在是为了防止多个线程执行同一段代码，但是现在看来，互斥量还能够防止两端线程执行不同的代码。

void * pthread1()

{

   lock(lock1);

   .......

   unlock(lock1);

}

 

 

void * pthread2()

 

{

 

   lock(lock1);

 

   ......./*代码段B*/

 

   unlock(lock1);

 

}

这个能用来干什么呢？一个临界区应该有一个锁，不应该让多个临界区用一个锁。