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Linux多線程中fork與互斥鎖過程示例_Linux

更新時間： 2021-10-24 編程語言

問題提出：

我們有這樣一個問題：在一個多線程程序中創建子進程并且讓子線程和子進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;
}

猜想結果：

理一理思路：

創建一把全局的鎖，并初始化
主線程創建子線程，去獲取這把鎖的同時，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，子進程得到這把鎖，輸出child lock
子進程解鎖輸出child unlock
父進程的主線程等待子進程的退出，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，答案是錯的！！！

我們先來康康運行結果：正常輸出了子線程的內容，但是。。。。卡住了？沒錯阻塞了。。

在這里插入圖片描述

再次分析：

阻塞？？難道是子進程獲取鎖時阻塞了？還是父進程等待子進程阻塞了？
或者說:兩處地方都阻塞了，子進程獲取鎖時阻塞，導致父進程阻塞。
驗證一下！！

在這里插入圖片描述

所以程序就是兩處地方都阻塞了，子進程獲取鎖時阻塞，導致父進程阻塞。

（三）解決問題

實際上，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秒睡眠結束后，開始執行fork，此時的子線程還未解鎖正處于睡眠狀態，fork過程中，會直接復制父進程的所有資源（**包括這把鎖、鎖的狀態**），沒錯

就是有兩把鎖。此時子線程進行了加鎖的狀態，所以子線程復制的鎖也是加鎖狀態。所以子線程會正常退出，而子進程會因為拿到加鎖的鎖而阻塞，父進程wait因為子進程阻塞而阻塞；

（1）使用pthread_join()

fork之前使用pthread_join()在子線程結束之前，主線程都將會阻塞，等待子線程結束后，在進行fork，此時子進程得到的鎖就是解鎖狀態

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;
}

結果：

在這里插入圖片描述

（2）使用phread_atfork()注冊一個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執行之前調用該函數

parent : fork執行之后父進程調用該函數

child : fork執行之后子進程調用該函數

返回值： 成功0，失敗錯誤碼

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;
}

結果：

在這里插入圖片描述

原文鏈接：https://blog.csdn.net/xiaoxiaoguailou/article/details/121617142

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