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1. 前言
讀寫鎖是Linux內(nèi)核中一個非常重要的同步機制。在多線程編程中，通過加鎖保證共享資源的同步訪問能夠滿足線程之間的并發(fā)需求。讀寫鎖作為一種特殊的鎖機制，既能滿足讀多寫少的場景，也能保證讀鎖與寫鎖之間的互斥，從而防止數(shù)據(jù)的競爭和錯誤。
本文旨在探討Linux讀寫鎖的遞歸特性，深入分析在同一線程內(nèi)部對于讀寫鎖的多次加鎖和解鎖操作，探討它們之間的關(guān)聯(lián)性，為讀寫鎖的更深入理解提供幫助。
2. 讀寫鎖的簡介
在深入討論讀寫鎖的遞歸特性之前，我們有必要先簡要了解讀寫鎖的基本概念。
讀寫鎖是一種特殊的線程同步機制，可以分為讀鎖和寫鎖兩個狀態(tài)。當一個線程擁有了讀鎖，其他線程可以繼續(xù)獲取讀鎖，但是不能獲取寫鎖。而當一個線程擁有了寫鎖，其他線程則不能獲取讀鎖或?qū)戞i。
在讀寫鎖之下，讀操作和寫操作之間并不沖突，因此多個線程可以同時獲取讀鎖，但只有一個線程可以獲取寫鎖。多個線程之間用讀鎖讀取共享數(shù)據(jù)，并沒有互相之間的干擾，只有當出現(xiàn)寫操作時，多個線程之間才需要排他性地互斥訪問共享數(shù)據(jù)。
同時，讀寫鎖相對于普通的互斥鎖，具有一個非常重要的優(yōu)勢：讀寫鎖支持并發(fā)讀取，而互斥鎖則需要線程依次排隊，效率會受到嚴重影響。
3. 遞歸的概念
遞歸是指在一個函數(shù)內(nèi)部調(diào)用自身的一種技術(shù)。也就是說，在程序代碼中反復地調(diào)用自己的過程，直到處理完特定的任務(wù)。遞歸調(diào)用是一種重要的算法設(shè)計技術(shù)，在許多算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中都有應(yīng)用。
在遞歸調(diào)用過程中，每次調(diào)用會產(chǎn)生一個新的函數(shù)局部變量和一個新的函數(shù)執(zhí)行環(huán)境。這個新的變量和環(huán)境必須要保證獨立于調(diào)用該函數(shù)的其他環(huán)境。遞歸函數(shù)必須有合理的條件來終止遞歸的過程，否則程序會死循環(huán)。
諸如“stack overflow”的錯誤提示，就是因為遞歸的調(diào)用鏈太長，導致?？臻g耗盡，程序在終止整個遞歸過程之前先拋出異常。
4. 讀寫鎖的遞歸特性
Linux內(nèi)核提供的讀寫鎖，不僅支持普通的讀鎖和寫鎖之間的互斥操作，同時還支持鎖的遞歸。也就是說，在同一線程中，可以重復地獲取讀鎖或?qū)戞i，而不會造成死鎖或其他不可預(yù)期的錯誤。當然，這種遞歸特性是有條件的，需要滿足以下兩個條件：
– 重復獲取讀鎖或?qū)戞i的次數(shù)不能超過內(nèi)核設(shè)置的極限值（通常為8次）。
– 內(nèi)部加鎖和解鎖操作必須是完全匹配的，即獲取鎖的次數(shù)等于釋放鎖的次數(shù)。
在實際編寫程序代碼時，使用讀寫鎖的遞歸特性需要非常小心，因為不正確的使用會導致死鎖或其他難以排查的錯誤。在同一線程內(nèi)重復加鎖或解鎖操作時，必須要非常仔細地考慮每一次操作所產(chǎn)生的副作用，確保每次操作都是符合邏輯的。
5. 遞歸特性的實現(xiàn)
在Linux內(nèi)核中，讀寫鎖的遞歸特性主要是通過一系列的內(nèi)部狀態(tài)和機制來實現(xiàn)的。具體來說，內(nèi)核必須要記錄下每個讀寫鎖被哪些線程所持有，并實現(xiàn)不同線程之間鎖的互斥操作。
為此，Linux內(nèi)核使用了如下的實現(xiàn)機制：
– 通過spinlock_t類型的lock變量來實現(xiàn)鎖的互斥保護。
– 通過讀寫鎖的狀態(tài)來區(qū)分讀鎖和寫鎖，同時記錄當前鎖被持有的次數(shù)。
– 通過wt_queue_head_t類型的隊列來管理等待鎖的線程，確保鎖的有序釋放和喚醒過程。
– 通過rcu_read_lock和rcu_read_unlock來實現(xiàn)讀寫鎖的遞歸互斥操作（rcu_read_lock和rcu_read_unlock的實現(xiàn)工作原理與讀寫鎖的遞歸原理類似）。
讀寫鎖的遞歸特性通過上述機制的組合和配合，使得程序能夠正確地管理鎖的狀態(tài)，保證了讀寫鎖的內(nèi)部遞歸互斥和外部競爭控制。
6. 遞歸特性的應(yīng)用
在使用讀寫鎖的時候，遞歸特性往往是一個非常有用的輔助工具。在某些特殊的情況下，適當?shù)厥褂眠f歸調(diào)用可以幫助程序更好地管理鎖的狀態(tài)和訪問共享資源。
舉個例子，假設(shè)我們有一個多線程的任務(wù)管理器，每個任務(wù)都有自己的狀態(tài)和一些共享的信息。當不同線程需要同時訪問同一個任務(wù)的時候，就需要對任務(wù)對象進行讀鎖或?qū)戞i的加鎖操作，確保線程之間的同步訪問。
但是，在某些特殊的情況下，可能會出現(xiàn)一個線程重復調(diào)用同一個任務(wù)的情況，如果不使用遞歸鎖，在某些情況下會導致死鎖，影響程序的穩(wěn)定性和正確性。
通過使用遞歸鎖，就可以在同一線程內(nèi)重復加鎖和解鎖，而又不會影響其他線程的訪問。這樣就可以保證任務(wù)對象的訪問過程是安全的、有序的，避免了線程之間的沖突和錯誤。
7.
在本文中，我們探究了Linux讀寫鎖的遞歸特性，深入分析了在同一線程內(nèi)對于讀寫鎖的多次加鎖和解鎖操作，以及它們之間的關(guān)聯(lián)性。同時我們還介紹了讀寫鎖的基本概念、遞歸的概念，以及遞歸特性的實現(xiàn)和應(yīng)用。
讀寫鎖是一種非常重要的同步機制，具有良好的并發(fā)性和穩(wěn)定性。我們可以利用它在多線程程序中進行資源的共享和競爭控制，提升程序的性能和可靠性。同時，遞歸鎖也是一個非常有用的輔助工具，可以幫助我們更好地管理鎖的狀態(tài)和訪問共享資源。
相關(guān)問題拓展閱讀：
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Linux C++多線程同步的四種方式
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1.同一個線程內(nèi)部，指令按照先后順序執(zhí)行；但不同線程之間的指令很難說清楚是哪一個先執(zhí)行，在并況下，指令執(zhí)行的先后順序由內(nèi)核決定。
如果運行的結(jié)果依賴于不同線程執(zhí)行的先后的話，那么就會形成競爭條件，在這樣的情況下，計算的結(jié)果很難預(yù)知，所以應(yīng)該盡量避免競爭條件的形成。
2.最常見的解決競爭條件的方法是：將原先分離的兩個指令構(gòu)成一個不可分割的原子操作，而其他任務(wù)不能插入到原子操作中！
3.對
多線程
來說，同步指的是在一定時間內(nèi)只允許某一個線程訪問某個資源，而在此時間內(nèi)，不允許其他線程訪問該資源!
互斥鎖
條件變量
讀寫鎖
信號量
一種特殊的
全局變量
，擁有l(wèi)ock和unlock兩種狀態(tài)。
unlock的互斥鎖可以由某個線程獲得，一旦獲得，這個互斥鎖會鎖上變成lock狀態(tài)，此后只有該線程由權(quán)力打開該鎖，其他線程想要獲得互斥鎖，必須得到互斥鎖再次被打開之后。
1.互斥鎖的初始化, 分為靜態(tài)初始化和動態(tài)初始化.
2.互斥鎖的相關(guān)屬性及分類
(1) attr表示互斥鎖的屬性;
(2) pshared表示互斥鎖的共享屬性，由兩種取值：
1）PTHREAD_PROCESS_PRIVATE：鎖只能用于一個進程內(nèi)部的兩個線程進行互斥（默認情況）
2）PTHREAD_PROCESS_SHARED：鎖可用于兩個不同進程中的線程進行互斥，使用時還需要在進程共享內(nèi)存中分配互斥鎖，然后為該互斥鎖指定屬性就可以了。
互斥鎖存在缺點：
（1）某個線程正在等待共享數(shù)據(jù)內(nèi)某個條件出現(xiàn)。
（2）重復對數(shù)據(jù)對象加鎖和解鎖（輪詢），但是這樣輪詢非常耗費時間和資源，而且效率非常低，所以互斥鎖不太適合這種情況。
當線程在等待滿足某些條件時，使線程進入睡眠狀態(tài)；一旦條件滿足，就換線因等待滿足特定條件而睡眠的線程。
程序的效率無疑會大大提高。
1）創(chuàng)建
靜態(tài)方式：pthread_cond_t cond PTHREAD_COND_INITIALIZER
動態(tài)方式：int pthread_cond_init(&cond,NULL)
Linux thread 實現(xiàn)的條件變量不支持屬性，所以NULL(cond_attr參數(shù)）
2）注銷
int pthread_cond_destory(&cond)
只有沒有線程在該條件變量上，該條件變量才能注饑畝銷，否則返回EBUSY
因為Linux實現(xiàn)的條件變量沒有分配什么資源，所以注銷動作只包括檢查是否姿肢改有等待線程!(請參考條件變量的底層實現(xiàn)）
3）等待
條件等待：int pthread_cond_wait(&cond,&mutex)
計時等待：int pthread_cond_timewait(&cond,&mutex,time)
1.其中計時等待如果在給定時刻前條件沒有被滿足，則返回ETIMEOUT，結(jié)束等待
2.無論那種等待方式，都必須有一個互斥鎖配合，以防止多個線程同時請求pthread_cond_wait形成競爭條件！
3.在調(diào)用pthread_cond_wait前必須由本線程加鎖
4）激發(fā)
激發(fā)一個等待線程：pthread_cond_signal(&cond)
激發(fā)所有等待線程：pthread_cond_broadcast(&cond)
重要的是，pthread_cond_signal不會存在驚群效應(yīng)，也就是是它最多給一個等待線程發(fā)信號，不會給所有線程發(fā)信號喚醒，然后要求他們自己去爭搶資源！
pthread_cond_broadcast() 喚醒所有正在pthread_cond_wait()的同一個條件變量的線程。注意：如果等待的多個現(xiàn)場不使用同一個鎖，被喚跡判醒的多個線程執(zhí)行是并發(fā)的。
pthread_cond_broadcast & pthread_cond_signal
1.讀寫鎖比互斥鎖更加具有適用性和并行性
2.讀寫鎖最適用于對
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
的讀操作讀操作次數(shù)多余寫操作次數(shù)的場合！
3.鎖處于讀模式時可以線程共享，而鎖處于寫模式時只能獨占，所以讀寫鎖又叫做共享-獨占鎖。
4.讀寫鎖有兩種策略：強讀同步和強寫同步
強讀同步：
總是給讀者更高的優(yōu)先權(quán)，只要寫者沒有進行寫操作，讀者就可以獲得訪問權(quán)限
強寫同步：
總是給寫者更高的優(yōu)先權(quán)，讀者只能等到所有正在等待或者執(zhí)行的寫者完成后才能進行讀
1）初始化的銷毀讀寫鎖
靜態(tài)初始化：pthread_rwlock_t rwlock=PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER
動態(tài)初始化：int pthread_rwlock_init(rwlock，NULL)，NULL代表讀寫鎖采用默認屬性
銷毀讀寫鎖：int pthread_rwlock_destory(rwlock)
在釋放某個讀寫鎖的資源之前，需要先通過pthread_rwlock_destory函數(shù)對讀寫鎖進行清理。釋放由pthread_rwlock_init函數(shù)分配的資源
如果你想要讀寫鎖使用非默認屬性，則attr不能為NULL，得給attr賦值
int pthread_rwlockattr_init(attr),給attr初始化
int pthread_rwlockattr_destory(attr)，銷毀attr
2）以寫的方式獲取鎖，以讀的方式獲取鎖，釋放讀寫鎖
int pthread_rwlock_rdlock(rwlock),以讀的方式獲取鎖
int pthread_rwlock_wrlock(rwlock)，以寫的方式獲取鎖
int pthread_rwlock_unlock(rwlock),釋放鎖
上面兩個獲取鎖的方式都是阻塞的函數(shù)，也就是說獲取不到鎖的話，調(diào)用線程不是立即返回，而是阻塞執(zhí)行，在需要進行寫操作的時候，這種阻塞式獲取鎖的方式是非常不好的，你想一下，我需要進行寫操作，不但沒有獲取到鎖，我還一直在這里等待，大大拖累效率
所以我們應(yīng)該采用非阻塞的方式獲取鎖：
int pthread_rwlock_tryrdlock(rwlock)
int pthread_rwlock_trywrlock(rwlock)
互斥鎖只允許一個線程進入臨界區(qū)，而信號量允許多個線程進入臨界區(qū)。
1）信號量初始化
int sem_init(&sem,pshared, v)
pshared為0，表示這個信號量是當前進程的局部信號量。
pshared為1，表示這個信號量可以在多個進程之間共享。
v為信號量的初始值。
返回值
：
成功：0，失?。?1
2）信號量值的加減
int sem_wait(&sem):以原子操作的方式將信號量的值減去1
int sem_post(&sem):以原子操作的方式將信號量的值加上1
3）對信號量進行清理
int sem_destory(&sem)
如何在Linux下遞歸查看所有文件或目錄
使用find命令就可以了擾胡
find . -print
就是從緩困攔當前尺茄目錄往下遞歸的查看所有的文件和文件夾
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