一種跨進程的線程間進行互斥的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信息處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種跨進程的線程間進行互斥的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代操作系統(tǒng)采用多道程序設(shè)計機制，多個進程可以并發(fā)執(zhí)行，每個進程下又包含有多個線程，CPU在線程之間來回切換，共享某些資源，提高了資源的利用率，但這也使得處理并發(fā)執(zhí)行的多個線程之間的沖突和相互制約關(guān)系成為了一道難題。如果對并發(fā)線程的調(diào)度不當(dāng)，則可能會出現(xiàn)運行結(jié)果與切換時間有關(guān)的情況，令結(jié)果不可再現(xiàn)，影響系統(tǒng)的效率和正確性，嚴重時還會使系統(tǒng)直接崩潰。需要一些機制來控制并發(fā)線程間的這種相互制約關(guān)系。
[0003]線程間通常存在著兩種制約關(guān)系:直接制約關(guān)系和間接制約關(guān)系。所謂直接制約關(guān)系，指的是多個線程利用一些共享的資源相互合作，完成某些事情，但是其中某個線程做一件事前，可能要等待另外一個線程完成另外一件事，是一種源于相互合作的直接制約關(guān)系。而間接制約關(guān)系，指的是一個線程在使用共享的資源時，另外一個線程不允許使用，是一種源于資源共享的間接制約關(guān)系。在信息技術(shù)領(lǐng)域中，前者被稱為線程同步，后者被稱為線程互斥。
[0004]在Linux中，有一些資源是共享的，但是這些資源一次只能提供給一個線程使用，我們稱這些資源為臨界資源。在使用臨界資源的時候，如果不加以互斥訪問控制，就會出現(xiàn)非預(yù)期的結(jié)果。在源代碼中，訪問臨界資源的的代碼段被稱作為臨界區(qū)，當(dāng)有線程進入臨界區(qū)時，其他線程必須等待，以確保這些臨界資源是被互斥獲得使用的?；コ庑畔⒌淖饔镁拖喈?dāng)于一扇門配一把鎖，任何一個線程在進入臨界區(qū)之前需要對互斥信息進行加鎖操作，成功獲得鎖的線程可以成功通過“門”進入臨界區(qū)，其他線程則必須在“門”外等待，直到進入獲得鎖的線程從“門”內(nèi)出來釋放鎖，之后其它線程再次競爭鎖重復(fù)上述過程。
[0005]根據(jù)需要互斥的線程的關(guān)系，線程互斥分為進程內(nèi)的線程互斥和跨進程的線程互斥兩種。
[0006]進程內(nèi)的線程互斥，指的是需要互斥的線程都是在一個進程內(nèi)，因為進程內(nèi)的全局數(shù)據(jù)資源是可以被所有線程共享的，這種情況下，只需要在進程設(shè)置一個全局的互斥信息即可用于所有線程的互斥。
[0007]跨進程的線程互斥，指的是需要互斥的線程是在不同進程內(nèi)。不同于在單個進程內(nèi)的多個線程之間實施互斥訪問，跨進程的線程之間的互斥會有更多的問題需要考慮和解決。因為互斥信息用于不同進程之間，并且我們知道某個進程對其他進程的內(nèi)部情況是不可見的，所以在單個進程內(nèi)部設(shè)置一個全局變量無法滿足要求，此時，需要將互斥信息放到一個對所有用戶進程可見的區(qū)域內(nèi)，這樣就滿足了所有線程均可使用同一個互斥信息的要求，比較常用的方法有兩種，一種是將互斥信息保存到操作系統(tǒng)的共享內(nèi)存中，另一種則是將互斥信息保存到操作系統(tǒng)的文件中。
[0008]但是，當(dāng)一個進程內(nèi)的線程使用完了互斥信息之后，它不知道是該刪除互斥信息還是繼續(xù)保留互斥信息。假如有兩個進程，我們記為Pl和P2，在Pl內(nèi)有線程Tl，P2內(nèi)有線程T2。如果Tl在使用完了互斥信息之后將其刪除，而在刪除之前T2中已經(jīng)取得了互斥信息的句柄，只是準備使用而未使用，那么Tl刪除了互斥信息之后T2再使用互斥信息，就會發(fā)生不可預(yù)知的錯誤；如果Tl在使用完了互斥信息之后未將其刪除，而此時已經(jīng)沒有任何進程使用互斥信息了，那么就會留下垃圾值。除了互斥信息是否需要保留的問題，在使用過程中還會遇到進程或線程中途崩潰退出的情況，此時，對互斥信息的不完整操作，導(dǎo)致遺留的互斥信息中的數(shù)據(jù)值是無效的垃圾值，對垃圾值的處理也是一個需要解決的問題。另外，一個線程在進行加鎖操作時，假如它已經(jīng)獲得鎖，它不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)向自身等待鎖的情況，否則就會產(chǎn)生死鎖。一個線程在解鎖操作時，若本身并不是獲得鎖資源的線程，它不可以進行解鎖操作。
[0009]現(xiàn)代操作系統(tǒng)的多道程序設(shè)計機制，使得軟件開發(fā)過程中時常會遇到跨進程的線程互斥的問題，雖然在Linux操作系統(tǒng)下提供了互斥鎖、記錄鎖以及信號量等機制用于互斥，但是，互斥鎖通常用單個進程內(nèi)的線程互斥，擴展到跨進程的線程互斥時，不僅使用起來不便，而且對于垃圾值的情況無法處理;記錄鎖可用于進程間的互斥，但是卻不能用于線程的互斥，它并不是線程安全的;而信號量中分為有名信號量和無名信號量，無名信號量用于單個進程內(nèi)的線程之間，有名信號量則用于跨進程間的線程之間，不過如果簡單的使用有名信號量，會遇到垃圾值、死鎖等問題。
[0010]考慮到上述情況，需要設(shè)計并實現(xiàn)一種可以在跨進程的線程間進行互斥的方法，且這種方法在使用時具有易用性和靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種跨進程的線程間進行互斥的方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中Linux下對共享資源的無法進行互斥訪問的問題的問題。
[0012]本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0013]一種跨進程的線程間進行互斥的方法，包括以下步驟:
[0014]步驟一、多個線程競爭互斥信息，勝出的線程初始化互斥信息；
[0015]步驟二、當(dāng)勝出的線程獲得互斥信息之后，利用互斥信息對臨界區(qū)進行加鎖操作；
[0016]步驟三、進行加鎖操作后，線程獲得互斥信息的鎖，訪問共享資源；同時，其它線程進tx等待；
[0017]步驟四、線程使用完共享資源之后，離開臨界區(qū)，進行解鎖操作;互斥信息繼續(xù)被其它線程競爭，重復(fù)上述步驟。
[0018]其中，所述步驟一進一步包括:
[0019]通過名稱來判斷該互斥信息在系統(tǒng)中是否存在；
[0020]如果否，則創(chuàng)建并初始化該互斥信息；
[0021]如果是，則判定該已存在的互斥信息中的值是否是垃圾值；
[0022]如果是垃圾值，則清除垃圾值并重新初始化；
[0023]如果不是垃圾值，直接獲取該互斥信息。
[0024]其中，所述通過名稱來判斷該互斥信息在系統(tǒng)中是否存在進一步包括:
[0025]獲取互斥信息名稱，
[0026]將互斥信息名稱進行hash映射轉(zhuǎn)換為id;
[0027]檢查該id所代表的互斥信息是否存在。
[0028]其中，所述步驟二進一步包括:
[0029]首先，判斷當(dāng)前請求加鎖線程是否已經(jīng)獲得鎖；
[0030]如果是，則返回正確；
[0031]如果否，則判斷嘗試枷鎖的等待時間是否為無限等待；
[0032]如果是，則進行無限等待直至加鎖成功；
[0033]如果否，則進行有限等待，在設(shè)定的有限時間內(nèi)進行加鎖等待；
[0034]如果加鎖成功，則更新上鎖的線程號及鎖狀態(tài)標記。
[0035]其中，所述步驟四進一步包括:
[0036]首先判斷當(dāng)前互斥信息的狀態(tài)是否是上鎖狀態(tài)；
[0037]如果否，即沒有線程獲得了互斥信息的鎖，則直接返回正確；
[0038]如果是，則繼續(xù)判斷當(dāng)前執(zhí)行解鎖的線程是否獲得鎖的線程，因為只有獲得鎖的線程才能進行解鎖操作，其它線程不允許執(zhí)行解鎖操作；
[0039]如果是，則對互斥信息進行解鎖操作，復(fù)位上鎖線程號和鎖狀態(tài)；
[0040]這樣其它線程又可以繼續(xù)競爭;如果不是，則無法進行解鎖操作，返回錯誤。
[0041 ]其中，所述步驟四進一步包括:
[0042]當(dāng)所有線程都不再繼續(xù)使用互斥信息時，對互斥信息進行刪除操作。
[0043]本發(fā)明有益效果如下:
[0044](I)所述方法結(jié)合了信號量機制，確保了加鎖、解鎖的原子性，使得該方法是線程安全的；
[0045](2)所述方法有效的解決了互斥信息垃圾值問題，避免了線程在使用時獲取了垃圾值而導(dǎo)致異常的問題；
[0046](3)所述方法通過保存獲得鎖的線程號等信息，解決了加鎖時自身向自身索要鎖而導(dǎo)致死鎖的問題，同時也保證了解鎖時只有獲得鎖的線程才有資格解鎖，避免了越權(quán)限解鎖的問題。
[0047]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0048]附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表不相同的部件。
[0049]圖1為本發(fā)明具體實施例中互斥信息存取的示意圖；
[0050]圖2為本發(fā)明具體實施例中初始化互斥信息的流程圖；
[0051]圖3為本發(fā)