Linux--스레드 동기화 및 상호 배제

1. 뮤텍스 뮤텍스
동기화: 순서대로 리소스에 액세스합니다. 상호 배제: 언제든지 하나만 실행되지만 다중 스레드 프로그램의 경우 액세스 충돌 문제가 매우 일반적입니다. 해결 방법은 뮤텍스(Mutex, MutualExclusive Lock)를 도입하고 스레드를 완료하는 것입니다. 잠금을 획득하지 못한 스레드는 대기만 할 수 있고 공유 데이터에 액세스할 수 없습니다. 이러한 방식으로 "읽기-수정-쓰기"의 3단계 작업이 수행됩니다. write"는 원자적 작업을 형성합니다. 모두 실행하거나 모두 실행하지 않으면 실행 중에 중단되지 않으며 이 작업은 다른 프로세서에서 병렬로 수행되지 않습니다.
뮤텍스 잠금은 pthread_mutex_t 유형의 변수로 표시됩니다. pthread_mutex_init로 초기화되고 hread_destroy()로 소멸됩니다. 성공하면 0을 반환하고 실패하면 오류 번호를 반환합니다. . Mutex 변수가 정적으로 할당된 경우(전역 변수 또는 정적 변수) 매크로 정의 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER를 사용하여 초기화할 수도 있습니다. 이는 pthread_mutex_init로 초기화하는 것과 동일하며 attr 매개변수는 NULL입니다.
스레드는 pthread_mutex_lock을 호출하여 Mutex. 이때 다른 스레드가 Mutex를 획득하기 위해 스레드가 pthread_mutex_lock을 호출한 경우 현재 스레드는 다른 스레드가 Mutex를 해제하기 위해 pthread_mutex_unlock을 호출할 때까지 기다려야 하며, 현재 스레드는 Mutex를 획득하고 실행을 계속하기 전에 깨어나야 합니다. . 즉, 스레드가 뮤텍스를 잠그고 잠금을 해제하지 않고 다른 스레드가 뮤텍스를 얻으려면 전화를 끊고 잠긴 스레드가 뮤텍스를 잠금 해제하고 뮤텍스를 해제할 때까지 기다려야 합니다. 그런 다음 스레드가 깨어나서 뮤텍스를 해제할 수 있습니다.
스레드가 잠금을 획득하고 싶지만 정지 및 대기를 원하지 않는 경우 pthread_mutex_trylock을 호출할 수 있습니다. 다른 스레드가 뮤텍스를 획득한 경우 이 함수는 실패하고 스레드를 유발하지 않고 EBUSY를 반환합니다. 매달리고 기다리기.

1 #include<stdio.h>  
  2 #include<stdlib.h>  
  3 #include<pthread.h>  
  4 static int g_count=0;  
  5 void * addWrite(void * arg)  
  6 {  
  7     int count=0;  
  8     int value=0;  
  9     while(count++ <5000)  
 10     {  
 11         value=g_count;  
 12         printf("g_count is %d\n",g_count);  
 13         g_count=value+1;  
 14     }  
 15 }  
 16 int main()  
 17 {  
 18     pthread_t id1;  
 19     pthread_t id2;  
 20     int ret=pthread_create(&id1,NULL,addWrite,NULL);  
 21     int res=pthread_create(&id2,NULL,addWrite,NULL);  
 22     pthread_join(id1,NULL);  
 23     pthread_join(id2,NULL);

우리는 각각 g_count를 5000배로 증가시키는 두 개의 스레드를 생성합니다. 일반적으로 최종 카운터는 10000과 같아야 하지만 실제로는 프로그램이 실행될 때마다 결과가 5000을 초과하는 경우도 있습니다. 카운트가 6000을 넘는 경우도 있지만 잠금을 추가한 후 아래 그림과 같이 다섯 번째 줄에 pthread_mutex_init(in)을 추가하세요.

결과:

잠금을 추가하면 10000이 출력됩니다
2. 잠금 및 잠금 해제의 구현 원리

뮤텍스 잠금 동작을 구현하기 위해 대부분의 아키텍처에서는 스왑 또는 교환 명령을 제공합니다. 명령어는 레지스터와 메모리 유닛 사이에서 데이터를 교환하는 기능이다. 명령어가 하나만 있기 때문에 다중 프로세서 플랫폼에서도 메모리에 접근하는 버스 사이클은 순차적이다. 한 프로세서는 다른 프로세서에서 실행됩니다. 스왑 명령은 버스 사이클 동안만 기다릴 수 있습니다. 이는 아래 의사코드에 나와 있습니다. 잠금 해제 시 잠금 해제 작업도 원자성을 보장하기 위해 하나의 명령으로만 구현됩니다.

3. 교착 상태
・일반적으로 동일한 스레드가 잠금을 두 번 호출하면 두 번째 호출 중에 잠금이 이미 사용 중이므로 스레드가 중단됩니다. 그리고 다른 스레드가 잠금을 해제할 때까지 기다립니다. 그러나 잠금은 자체적으로 사용되며 스레드는 잠금을 해제할 기회 없이 일시 중지되므로 이를 교착 상태라고 합니다. 또 다른 일반적인 교착 상태 상황은 다음과 같습니다. 스레드 A는 잠금 1을 획득하고 스레드 B는 잠금 2를 획득합니다. 이때 스레드 A는 잠금 2를 획득하려고 시도합니다. 결과적으로 스레드 B가 해제될 때까지 기다려야 합니다. 스레드 B도 잠금 1을 얻기 위해 잠금을 호출하면 스레드 A가 잠금 1을 해제할 때까지 기다려야 하므로 스레드 A와 B 모두 영원히 일시 중지 상태에 있습니다.
교착 상태 발생 조건
①. 상호 배제 조건: 리소스는 한 번에 하나의 스레드에서만 사용할 수 있습니다.
②. 요청 및 보유 조건: 리소스 요청으로 인해 프로세스가 차단되면 획득한 리소스를 보유합니다.

3. 비박탈 조건: 프로세스를 통해 획득한 자원은 모두 사용되기 전에 강제로 박탈될 수 없습니다.

④순환 대기 조건: 여러 프로세스 간에 헤드-투-테일 순환 대기 자원 관계가 형성됩니다.

더 많은 스레드와 더 많은 잠금이 관련되면 교착 상태 문제가 발생할 가능성이 높습니다. 프로그램을 작성할 때 동시에 여러 잠금을 획득하지 않도록 노력해야 합니다. 필요한 경우 원칙이 있습니다. 모든 스레드에 여러 잠금이 필요한 경우 동일한 순서를 따라야 합니다(가장 일반적인 순서는 다음과 같습니다). Mutex 변수의 주소 순서대로) Lock을 획득하면 교착 상태가 발생하지 않습니다. 예를 들어, 잠금 1, 잠금 2 및 잠금 3이 프로그램에서 사용되고 해당 Mutex 변수의 주소가 잠금 1

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