WikiSort.ru - Не сортированное

Мью́текс (англ. mutex, от mutual exclusion — «взаимное исключение») — аналог одноместного семафора, служащий в программировании для синхронизации одновременно выполняющихся потоков.

Мьютекс отличается от семафора тем, что только владеющий им поток может его освободить, т.е. перевести в отмеченное состояние. Мьютексы — это один из вариантов семафорных механизмов для организации взаимного исключения. Они реализованы во многих ОС, их основное назначение — организация взаимного исключения для потоков из одного и того же или из разных процессов.

Мьютексы — это простейшие двоичные семафоры, которые могут находиться в одном из двух состояний — отмеченном или неотмеченном (открыт и закрыт соответственно). Когда какой-либо поток, принадлежащий любому процессу, становится владельцем объекта mutex, последний переводится в неотмеченное состояние. Если задача освобождает мьютекс, его состояние становится отмеченным.

Задача мьютекса — защита объекта от доступа к нему других потоков, отличных от того, который завладел мьютексом. В каждый конкретный момент только один поток может владеть объектом, защищённым мьютексом. Если другому потоку будет нужен доступ к переменной, защищённой мьютексом, то этот поток блокируется до тех пор, пока мьютекс не будет освобождён.

Цель использования мьютексов — защита данных от повреждения в результате асинхронных изменений (состояние гонки), однако могут порождаться другие проблемы — например взаимная блокировка (клинч).

Мьютексы в Win32 API

Win32 API в Windows имеет две реализации мьютексов — собственно мьютексы^[1], имеющие имена и доступные для использования между разными процессами, и критические секции^[2], которые могут использоваться только в пределах одного процесса. Для каждого из этих двух типов мьютексов используются свои функции захвата и освобождения.

Критическая секция в Windows по возможности блокируется без использования вызова режима ядра (аналогично спинлоку), но при невозможности такой блокировки поток запрашивает ядро.

Мьютексы в Unix-подобных системах

Мьютекс в стандартной библиотеке Pthreads может использоваться в одном процессе или в разных, но в любом случае всем использующим процессам требуется доступ к памяти, в которой он размещён. Такой мьютекс может иметь один из следующих типов^[3]:

• PTHREAD_MUTEX_NORMAL — нет контроля повторного захвата тем же потоком (англ. thread);
• PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE — повторные захваты тем же потоком допустимы, ведётся счётчик таких захватов;
• PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK — повторные захваты тем же потоком вызывают немедленную ошибку.

Мьютексы в языке Си

Последний стандарт языка Си (ISO/IEC 9899:2011^[4]) определяет тип mtx_t и функции для работы с ним, которые должны быть доступны, если макрос __STDC_NO_THREADS__ не был определён компилятором. Семантика и свойства мьютексов в целом совпадают со стандартом POSIX:

• mtx_plain — нет контроля повторного захвата тем же потоком;
• mtx_recursive — повторные захваты тем же потоком допустимы, ведётся счётчик таких захватов;
• mtx_timed — поддерживается захват мьютекса с тайм-аутом (следует отметить, что, в отличие от стандарта POSIX, поддержка этого свойства мьютекса не является опциональной).

Возможность использования мьютексов в разделяемой памяти различных процессов в стандарте Си11 не рассматривается.

Пример использования простого мьютекса на чистом Си:

char mut1 = 0;

// функция использующая общие ресурсы
void func() {
    // while(mut1) {}  в этом случае функция будет ждать, пока не завершится функция в другом потоке
    if (!mut1){ // в этом случае функция не выполнится, если уже выполняется эта же функция из др. потока
        mut1 = 1;
        // код с использованием общих ресурсов
        mut1 = 0;
    }
}

// Пример метода run 1го потока
void run1() {
    while (1) {
        func();
        sleep(1);
    }
}

// Пример метода run 2го потока
void run2() {
    func();
}

Мьютексы в языке C++

Стандарт языка C++ (ISO/IEC 14882:2011^[5]) определяет различные классы мьютексов:

• mutex — нет контроля повторного захвата тем же потоком;
• recursive_mutex — повторные захваты тем же потоком допустимы, ведётся счётчик таких захватов;
• timed_mutex — нет контроля повторного захвата тем же потоком, поддерживается захват мьютекса с тайм-аутом;
• recursive_timed_mutex — повторные захваты тем же потоком допустимы, ведётся счётчик таких захватов, поддерживается захват мьютекса с тайм-аутом.

Следует отметить библиотеку Boost, которая обеспечивает:

• реализацию мьютексов, совместимых по интерфейсу со стандартом C++11 для компиляторов и платформ, которые не поддерживают этот стандарт;
• реализацию дополнительных классов мьютексов: shared_mutex и др., которые позволяют захватывать мьютекс для совместного владения несколькими потоками только для чтения данных.

Примечания

См. также

• Многопоточность
• Семафор
• Фьютекс — быстрый пользовательский мьютекс
• Спинлок

Для улучшения этой статьи желательно: Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное. Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей.