Linux多線程中fork與互斥鎖過程示例

更新時(shí)間：2021年11月30日 11:26:25 作者：code-016

大家好，本篇文章主要講的是Linux多線程中fork與互斥鎖過程示例，感興趣的同學(xué)趕快來看一看吧，對(duì)你有幫助的話記得收藏一下哦

問題提出：

我們有這樣一個(gè)問題：在一個(gè)多線程程序中創(chuàng)建子進(jìn)程并且讓子線程和子進(jìn)程去獲取一把全局變量的鎖，輸出子線程得到鎖，然后解鎖，子進(jìn)程拿到鎖，然后解鎖；

（一）初次嘗試

代碼：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

pthread_mutex_t mutex;

void* fun(void* arg)
{
	pthread_mutex_lock(&mutex);	
	printf("fun get lock\n");
	sleep(3);

	pthread_mutex_unlock(&mutex);
	printf("fun unlock\n");
}
int main()
{
	pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
	pthread_t id;
	pthread_create(&id, NULL, fun, NULL);
	
	sleep(1);
	pid_t pid = fork();
	if(pid == -1)
	{
		perror("fork err");
		return -1;
	} 

	if(pid == 0)
	{
		pthread_mutex_lock(&mutex);	
		printf("child get lock\n");
		sleep(3);
		
		pthread_mutex_unlock(&mutex);
		printf("child unlock\n");
		exit(0);
	}
	
	wait(NULL);

	pthread_mutex_destroy(&mutex);
	printf("main over\n");
	return 0;
}

猜想結(jié)果：

理一理思路：

創(chuàng)建一把全局的鎖，并初始化

主線程創(chuàng)建子線程，去獲取這把鎖的同時(shí)，主線程休眠一秒，子線程得到這把鎖，加鎖fun get lock

子線程休眠3秒，輸出解鎖fun unlock，子線程退出

主線程開始fork，子進(jìn)程得到這把鎖，輸出child lock

子進(jìn)程解鎖輸出child unlock

父進(jìn)程的主線程等待子進(jìn)程的退出，最后銷毀鎖，輸出main over

所以…直接得到正確代碼?。?！

（二）理性分析

很遺憾，答案是錯(cuò)的?。?！

我們先來康康運(yùn)行結(jié)果：正常輸出了子線程的內(nèi)容，但是。。。。卡住了？沒錯(cuò)阻塞了。。

在這里插入圖片描述

再次分析：

阻塞？？難道是子進(jìn)程獲取鎖時(shí)阻塞了？還是父進(jìn)程等待子進(jìn)程阻塞了？

或者說:兩處地方都阻塞了，子進(jìn)程獲取鎖時(shí)阻塞，導(dǎo)致父進(jìn)程阻塞。

驗(yàn)證一下??！

在這里插入圖片描述

所以程序就是兩處地方都阻塞了，子進(jìn)程獲取鎖時(shí)阻塞，導(dǎo)致父進(jìn)程阻塞。

（三）解決問題

實(shí)際上，我們子線程在獲取這把鎖并加鎖后睡眠3秒，主線程睡眠1秒，在主線程1秒睡眠結(jié)束后，開始執(zhí)行fork，此時(shí)的子線程還未解鎖正處于睡眠狀態(tài)，fork過程中，會(huì)直接復(fù)制父進(jìn)程的所有資源（**包括這把鎖、鎖的狀態(tài)**），沒錯(cuò)

就是有兩把鎖。此時(shí)子線程進(jìn)行了加鎖的狀態(tài)，所以子線程復(fù)制的鎖也是加鎖狀態(tài)。所以子線程會(huì)正常退出，而子進(jìn)程會(huì)因?yàn)槟玫郊渔i的鎖而阻塞，父進(jìn)程wait因?yàn)樽舆M(jìn)程阻塞而阻塞；

（1）使用pthread_join()

fork之前使用pthread_join()在子線程結(jié)束之前，主線程都將會(huì)阻塞，等待子線程結(jié)束后，在進(jìn)行fork，此時(shí)子進(jìn)程得到的鎖就是解鎖狀態(tài)

代碼：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

pthread_mutex_t mutex;

void* fun(void* arg)
{
	pthread_mutex_lock(&mutex);	
	printf("fun get lock\n");
	sleep(3);

	pthread_mutex_unlock(&mutex);
	printf("fun unlock\n");
}
int main()
{
	pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
	pthread_t id;
	pthread_create(&id, NULL, fun, NULL);
	pthread_join(id, NULL);
	
	sleep(1);

	pid_t pid = fork();
	if(pid == -1)
	{
		perror("fork err");
		return -1;
	} 

	if(pid == 0)
	{
		pthread_mutex_lock(&mutex);	
		printf("child get lock\n");
		sleep(3);

		pthread_mutex_unlock(&mutex);
		printf("child unlock\n");
		exit(0);
	}
	
	wait(NULL);

	pthread_mutex_destroy(&mutex);
	printf("main over\n");
	return 0;
}

結(jié)果：

在這里插入圖片描述

（2）使用phread_atfork()注冊(cè)一個(gè)fork之前的判斷

頭文件 : pthread.h

int pthread_atfork(void (*prepare)(void), void (*parent)(void), void (*child)(void));

prepare : fork執(zhí)行之前調(diào)用該函數(shù)

parent : fork執(zhí)行之后父進(jìn)程調(diào)用該函數(shù)

child : fork執(zhí)行之后子進(jìn)程調(diào)用該函數(shù)

返回值：成功0，失敗錯(cuò)誤碼

代碼：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

pthread_mutex_t mutex;

void prepare_fun(void)
{
	pthread_mutex_lock(&mutex);
}

void parent_fun(void)
{
	pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

void child_fun()
{
	pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

void* fun(void* arg)
{
	pthread_mutex_lock(&mutex);	
	printf("fun get lock\n");
	sleep(3);

	pthread_mutex_unlock(&mutex);
	printf("fun unlock\n");
}

int main()
{
	
	pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
	pthread_t id;
	pthread_atfork(prepare_fun, parent_fun, child_fun);
	pthread_create(&id, NULL, fun, NULL);
	
	sleep(1);

	pid_t pid = fork();
	if(pid == -1)
	{
		perror("fork err");
		return -1;
	} 

	if(pid == 0)
	{
		pthread_mutex_lock(&mutex);	
		printf("child get lock\n");
		sleep(3);

		pthread_mutex_unlock(&mutex);
		printf("child unlock\n");
		exit(0);
	}
	
	wait(NULL);

	pthread_mutex_destroy(&mutex);
	printf("main over\n");
	return 0;
}

結(jié)果：

在這里插入圖片描述