使用 pthread_mutex_lock 锁定资源是什么意思？答案

【问题标题】：What does it mean to lock a resource using pthread_mutex_lock?使用 pthread_mutex_lock 锁定资源是什么意思？
【发布时间】：2023-03-18 02:08:01
【问题描述】：

我是多线程的新手，我很难理解互斥。

这是 pthread_mutex_lock 的原型

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

手册页说The mutex object referenced by mutex shall be locked by calling pthread_mutex_lock().

首先我的理解是，您使用互斥锁来锁定共享资源，以便任何时候只有一个线程可以访问它。为了便于讨论，假设共享资源是一个名为myVariable 的全局变量。现在如果我们想锁定 myVariable，我应该可以使用锁定机制锁定myVariable，但锁定mutex object 是什么意思？我的意思是如果我打电话给pthread_mutex_lock(&someMutex)，我是锁定myVariable 还是别的什么？

总而言之，如果我想使用互斥，我不应该做类似pthread_mutex_lock(myVariable) 的事情而不是做pthread_mutex_lock(&someMutex) 吗？

另外，这个someMutex 对象如何对应于myVariable？这个someMutex对象如何锁定对myVariable的访问？

附：假设我已经在自己之前声明了someMutex。

附言我有一种感觉，这个问题可能很宽泛，但话又说回来，这不应该是因为我问的是实际上有特定答案的东西（如果我错了，请纠正我）。

【问题讨论】：

Mutex 最初被描述为像孩子们的游戏，“Button Button, who got the Button”。如果您有按钮，则仅允许您“触摸”“共享资源”...... Mutex 是按钮，当您的 pthread_mutex_lock() 成功时，您将获得它（逻辑上）。然后，您可以“读取”或“修改”共享资源。完成后，您“解锁”互斥锁，使其可用于其他线程。注意：这是一个简单的/初学者/不完整的描述，但它应该让你开始。
哦，那么在这种情况下，我可以说使用相同的互斥锁来锁定不同的变量吗？假设我可以调用 pthread_mutex_lock(&someMutex) 来锁定 myVariable 和 yourVariable 吗？由于互斥锁不是特定于特定变量（或您所说的资源），我应该能够使用单个互斥锁来处理程序中的所有内容，对吧？
例如，您可以有一个互斥锁控制对所有全局变量的所有访问...您必须考虑所有线程可能需要访问受互斥锁保护的共享资源的频率...它是您需要多少互斥锁以及它们将锁定什么的设计决策。
互斥锁不锁定共享资源，它们锁定部分代码。程序员有责任确保任何共享资源只被相应互斥锁锁定的代码段触及。

标签： c multithreading pthreads mutex

【解决方案1】：

互斥体不知道互斥体和它所保护的对象之间的关联，也不一定知道。假设我们有两个人正在合作，他们需要共享一辆车。我们不希望一个人在另一个人使用汽车时尝试使用它。他们可以制定一个简单的规则——除非你拿着红萝卜，否则不要乱弄汽车。由于只有一个人可以握住萝卜，确保他们在尝试使用汽车时不会相互冲突。萝卜不必知道它在“保护”汽车。只要他们俩都让汽车独自一人，除非他们是拿着萝卜的人，萝卜就会保护汽车。

互斥体是萝卜。锁定互斥锁可以握住萝卜，等到其他人在需要时将其放下。解锁互斥锁会将萝卜放在其他人可以拿到的地方。

互斥锁保护的变量或对象是汽车。萝卜保护汽车不是来自萝卜所做的任何事情，而是来自每个遵守规则的人，除非你有萝卜，否则不要碰汽车。互斥体保护对象也是如此。

【讨论】：

不需要萝卜来保护汽车。有一个更简单的规则：除非你坐在驾驶座上，否则不要开车。但我可以从现实生活中举一个类似的例子：当许多开发人员想对某个共享文件进行更改时，我就听说过软件项目。他们会有一顶特殊的帽子，挂在项目经理的办公室里，规则是，除非你戴着帽子，否则不要编辑文件。

【解决方案2】：

someMutex基本上只是一个数值变量，不直接对应myVariable

一般顺序概念

lock(someMutex) {
    while (someMutex != 0) {}
    someMutex = 1;
}

unlock(someMutex) {
    someMutex = 0;
}

【讨论】：

【解决方案3】：

互斥锁保护一个代码区域，因此一次只有一个执行线程会执行该区域。

互斥锁是一个基本的构建块，您有责任应用它来获得所需的结果。

如果你想改变一个共享变量，你可以这样做：

void changeit(int val)
{
    pthread_mutex_lock(&someMutex);
    global_variable = val;
    pthread_mutex_unlock(&someMutex);
}

这部分意味着一次只有 1 个线程会在互斥锁的锁定/解锁之间执行代码。这是为了确保

global_variable = val;正在以原子方式运行，例如2 个作业同时运行，不能保证结果会是任何有意义的值（不保证单个赋值语句是原子执行的或作为汇编/机器代码中的一条指令）
读取 global_variable 的任何人都将在有人更改它之前或之后完全这样做，因此他们看不到任何正在更改的不一致值。

这也意味着任何其他访问（读取和/或写入） global_variable 的人也必须在同一个互斥锁被锁定时这样做，例如要读取变量，您可以这样做：

int readit(void)
{
    int val;
    pthread_mutex_lock(&someMutex);
    val = global_variable;
    pthread_mutex_unlock(&someMutex);
    return val;
}

所以，someMutex 对应于 global_variable 仅在您的代码编写方式上，它依赖于程序员您才能正确执行 - global_variable 和 someMutex 之间没有内在联系。

如果连接两个变量对您的程序有意义，并且必须始终一起读取或写入，则互斥锁允许您这样做 - 而不是像上面的代码所示读取/写入单个变量，您可以读取/在持有互斥锁时更改 2 个变量。同样，互斥锁对这两个变量一无所知，其影响在于代码的结构。

【讨论】：