【Linux系统编程】互斥锁 linux 互斥锁优先级反转

01. 互斥锁引入

为什么需要互斥锁？

在多任务操作系统中，同时运行的多个任务可能都需要使用同一种资源。这个过程有点类似于，公司部门里，我在使用着打印机打印东西的同时（还没有打印完），别人刚好也在此刻使用打印机打印东西，如果不做任何处理的话，打印出来的东西肯定是错乱的。

下面我们用程序模拟一下这个过程，线程一需要打印“ hello ”，线程二需要打印“ world ”，不加任何处理的话，打印出来的内容会错乱：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
 
// 打印机
void printer(char *str)
{
	while(*str!='\0')
	{
		putchar(*str);	
		fflush(stdout);
		str++;
		sleep(1);
	}
	printf("\n"); 
}
 
// 线程一
void *thread_fun_1(void *arg)
{
	char *str = "hello";
	printer(str); //打印
}
 
// 线程二
void *thread_fun_2(void *arg)
{
	char *str = "world";
	printer(str); //打印
}
 
int main(void)
{
	pthread_t tid1, tid2;
	
	// 创建 2 个线程
	pthread_create(&tid1, NULL, thread_fun_1, NULL);
	pthread_create(&tid2, NULL, thread_fun_2, NULL);
 
	// 等待线程结束，回收其资源
	pthread_join(tid1, NULL);
	pthread_join(tid2, NULL); 
	
	return 0;
}
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445

测试结果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c -pthread 
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out  
hwoelrlldo

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ 
1234512345

实际上，打印机是有做处理的，我在打印着的时候别人是不允许打印的，只有等我打印结束后别人才允许打印。这个过程有点类似于，把打印机放在一个房间里，给这个房间安把锁，这个锁默认是打开的。当 A 需要打印时，他先过来检查这把锁有没有锁着，没有的话就进去，同时上锁在房间里打印。而在这时，刚好 B 也需要打印，B 同样先检查锁，发现锁是锁住的，他就在门外等着。而当 A 打印结束后，他会开锁出来，这时候 B 才进去上锁打印。

而在线程里也有这么一把锁——互斥锁（mutex），互斥锁是一种简单的加锁的方法来控制对共享资源的访问，互斥锁只有两种状态,即加锁( lock )和解锁( unlock )。

02. 互斥锁的操作流程

1）在访问共享资源后临界区域前，对互斥锁进行加锁。

2）在访问完成后释放互斥锁上的锁。

3）对互斥锁进行加锁后，任何其他试图再次对互斥锁加锁的线程将会被阻塞，直到锁被释放。

互斥锁的数据类型是： pthread_mutex_t。

03. 互斥锁相关函数

3.1 互斥锁初始化

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);
功能：
	初始化一个互斥锁。
参数：
	mutex：互斥锁地址。类型是 pthread_mutex_t 。
	attr：设置互斥量的属性，通常可采用默认属性，即可将 attr 设为 NULL。
返回值：
	成功：0，成功申请的锁默认是打开的。
	失败：非 0 错误码
123456789123456789

可以使用宏 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER静态初始化互斥锁，比如：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;这种方法等价于使用 NULL 指定的 attr 参数调用 pthread_mutex_init() 来完成动态初始化，不同之处在于 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 宏不进行错误检查。

3.2 互斥锁加锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
功能：
	对互斥锁上锁，若互斥锁已经上锁，则调用者一直阻塞，直到互斥锁解锁后再上锁。
参数：
	mutex：互斥锁地址。
返回值：
	成功：0
	失败：非 0 错误码
    
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
调用该函数时，若互斥锁未加锁，则上锁，返回 0；若互斥锁已加锁，则函数直接返回失败，即 EBUSY。    
12345678910111234567891011

3.3 互斥锁解锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t * mutex);
功能：
	对指定的互斥锁解锁。
参数：
	mutex：互斥锁地址。
返回值：
	成功：0
	失败：非 0 错误码
1234567812345678

3.4 互斥锁销毁

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
功能：
	销毁指定的一个互斥锁。互斥锁在使用完毕后，必须要对互斥锁进行销毁，以释放资源。
参数：
	mutex：互斥锁地址。
返回值：
	成功：0
	失败：非 0 错误码
1234567812345678

04. 互斥锁示例

示例代码如下：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
 
pthread_mutex_t mutex; //互斥锁
 
// 打印机
void printer(char *str)
{
	pthread_mutex_lock(&mutex); //上锁
	while(*str!='\0')
	{
		putchar(*str);	
		fflush(stdout);
		str++;
		sleep(1);
	}
	printf("\n"); 
	pthread_mutex_unlock(&mutex); //解锁
}
 
// 线程一
void *thread_fun_1(void *arg)
{
	char *str = "hello";
	printer(str); //打印
}
 
// 线程二
void *thread_fun_2(void *arg)
{
	char *str = "world";
	printer(str); //打印
}
 
int main(void)
{
	pthread_t tid1, tid2;
	
	pthread_mutex_init(&mutex, NULL); //初始化互斥锁
	
	// 创建 2 个线程
	pthread_create(&tid1, NULL, thread_fun_1, NULL);
	pthread_create(&tid2, NULL, thread_fun_2, NULL);
 
	// 等待线程结束，回收其资源
	pthread_join(tid1, NULL);
	pthread_join(tid2, NULL); 
	
	pthread_mutex_destroy(&mutex); //销毁互斥锁
	
	return 0;
}
12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152531234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253

测试结果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c -pthread 
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out  
hello
world
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ 
1234512345

05. 总结