Yinelemeli Kilit (Mutex) ve Yinelemesiz Kilit (Mutex)

POSIX, mutekslerin özyinelemesine izin verir. Bu, aynı iş parçacığının aynı muteksi iki kez kilitleyebileceği ve kilitlenmeyeceği anlamına gelir. Tabii ki aynı zamanda iki kez kilidini açması gerekiyor, aksi takdirde başka hiçbir iplik muteksi elde edemez. Pthreads'i destekleyen tüm sistemler özyinelemeli muteksleri de desteklemez, ancak POSIX uyumlu olmak istiyorlarsa, yapmak zorundadırlar .

Diğer API'ler (daha yüksek seviye API'ler) genellikle genellikle Kilitler olarak adlandırılan muteksler sunar. Bazı sistemler / diller (örn. Cocoa Objective-C) hem yinelemeli hem de yinelemesiz muteksler sunar. Bazı diller de yalnızca birini veya diğerini sunar. Örneğin, Java muteksleri her zaman özyinelemelidir (aynı iş parçacığı aynı nesne üzerinde iki kez "eşitlenebilir"). Sundukları diğer iplik işlevselliğine bağlı olarak, kendiniz kolayca yazılabildikleri için özyinelemeli mutekslere sahip olmak sorun olmayabilir (daha basit muteks / koşul işlemleri temelinde kendimde yinelenen muteksler uyguladım).

Ne anlamıyorum: Özyinelemeli muteksler ne işe yarar? Aynı muteksi iki kez kilitlerse neden bir iplik kilitlenmesi olmasını isterim? Bundan kaçınabilecek üst düzey diller bile (örneğin, bunun kilitlenip kilitlenmeyeceğini test etmek ve eğer bir istisna atmak) genellikle bunu yapmaz. Bunun yerine ipliğin kilitlenmesine izin verecekler.

Bu sadece yanlışlıkla iki kez kilitlediğim ve sadece bir kez kilidini açtığım durumlar için mi ve özyinelemeli bir muteks durumunda, sorunu bulmak daha zor olurdu, bu yüzden bunun yerine yanlış kilidin nerede göründüğünü görmek için hemen kilitlenme var mı? Ama kilidini açarken kilit sayacı döndürmekle aynı şeyi yapamadım ve son kilidi açtığımdan ve sayacın sıfır olmadığından emin olduğum bir durumda, bir istisna atabilir veya sorunu kaydedebilir miyim? Ya da göremediğim özyineli olmayan mutekslerin başka, daha kullanışlı bir kullanım durumu var mı? Veya özyinelemesiz bir muteks özyinelemeli olandan biraz daha hızlı olabileceğinden, sadece performans mıdır? Ancak, bunu test ettim ve fark gerçekten büyük değil.

Özyinelemeli ve özyinelemesiz muteks arasındaki fark sahiplikle ilgilidir. Özyinelemeli bir muteks durumunda, çekirdek, muteksi ilk kez elde eden iş parçacığını izlemelidir, böylece özyineleme ile bunun yerine engellenmesi gereken farklı bir iş parçacığı arasındaki farkı algılayabilir. Başka bir cevabın işaret ettiği gibi, hem bu bağlamı saklamak için bellek hem de onu korumak için gerekli döngüler açısından bunun ek yükü söz konusudur.

Ancak burada dikkat edilmesi gereken başka noktalar da var.

Özyinelemeli muteks bir sahiplenme duygusuna sahip olduğundan, muteksi yakalayan evre muteksi serbest bırakan evre ile aynı olmalıdır. Özyinelemesiz muteksler söz konusu olduğunda, sahiplenme duygusu yoktur ve hangi iplik orijinal olarak muteksi alırsa alınsın herhangi bir iplik genellikle muteksi serbest bırakabilir. Çoğu durumda, bu tür "muteks" gerçekten daha çok bir semafor eylemidir, burada muteksi mutlaka bir dışlama cihazı olarak kullanmazsınız, ancak iki veya daha fazla iş parçacığı arasında senkronizasyon veya sinyalleme cihazı olarak kullanırsınız.

Muteks içinde sahiplik duygusu ile gelen bir başka özellik de öncelikli mirasın desteklenmesidir. Çekirdek muteksin sahibi olan iş parçacığını ve tüm engelleyicilerin kimliğini izleyebildiğinden, öncelikli dişli sistemde, şu anda muteksin sahibi olan iş parçacığının önceliğini en yüksek öncelikli iş parçacığının önceliğine yükseltmek mümkün hale gelir şu anda muteksi engelliyor. Bu kalıtım, bu gibi durumlarda oluşabilecek öncelikli ters çevirme sorununu önler. (Tüm sistemlerin bu tür mutekslerde öncelikli kalıtımı desteklemediğini, ancak sahiplik kavramıyla mümkün olan başka bir özellik olduğunu unutmayın).

Klasik VxWorks RTOS çekirdeğine başvurursanız, üç mekanizma tanımlar:

• mutex - özyinelemeyi ve isteğe bağlı olarak öncelikli devralmayı destekler. Bu mekanizma, verilerin kritik bölümlerini tutarlı bir şekilde korumak için yaygın olarak kullanılır.
• ikili semafor - özyineleme yok, kalıtım yok, basit dışlama, alıcı ve verici aynı iş parçacığı olmak zorunda değildir, yayın sürümü mevcut. Bu mekanizma kritik bölümleri korumak için kullanılabilir, ancak dişler arasında uyumlu sinyalleme veya senkronizasyon için de özellikle yararlıdır.
• semafor sayma - özyineleme veya kalıtım yok, istenen herhangi bir başlangıç ​​sayımından tutarlı bir kaynak sayacı görevi görür, iş parçacıkları yalnızca kaynağa karşı net sayımın sıfır olduğu yerlerde engeller.

Yine, bu, platforma göre biraz değişmektedir - özellikle de bunlara ne dediklerini, ancak bu, oyundaki kavramları ve çeşitli mekanizmaları temsil etmelidir.

Cevap verimlilik değildir . Evresel olmayan muteksler daha iyi koda yol açar.

Örnek: A :: foo () kilidi alır. Daha sonra B :: bar () öğesini çağırır. Yazdığınızda bu işe yaradı. Ama bir süre sonra birisi A :: baz () 'ı çağırmak için B :: bar ()' ı değiştirir.

Eğer özyinelemeli muteksleriniz yoksa, bu çıkmazlar. Onlara sahipseniz, çalışır, ancak kırılabilir. A :: foo (), baz () işlevinin muteks'i de edinmesi nedeniyle çalıştırılamadığı varsayılarak, bar () çağrılmadan önce nesneyi tutarsız bir durumda bırakmış olabilir. Ama muhtemelen kaçmamalı! A :: foo () yazan kişi, aynı anda kimsenin A :: baz () diyemeyeceğini varsayar - bu her iki yöntemin de kilidi almasının nedeni budur.

Muteksleri kullanmak için doğru zihinsel model: Muteks bir değişmezi korur. Muteks tutulduğunda, değişmez değişebilir, ancak muteksi serbest bırakmadan önce değişmez yeniden kurulur. Ev kilitleri tehlikelidir, çünkü kilidi ikinci kez aldığınızda değişmezin artık doğru olduğundan emin olamazsınız.

Ev kilitlerinden memnunsanız, bunun nedeni daha önce böyle bir sorunu ayıklamak zorunda kalmamanızdır. Bu arada Java'nın java.util.concurrent.locks dosyasında bu gün evresel olmayan kilitleri var.

Dave Butenhof'un kendisi tarafından yazıldığı gibi :

"Özyinelemeli mutekslerle ilgili tüm büyük sorunların en büyüğü, sizi kilitleme şemanızın ve kapsamınızın izini tamamen kaybetmeye teşvik etmeleridir. Bu ölümcül. Kötü. Bu" iplik yiyen ". Kesinlikle mümkün olan en kısa süre için kilitleri tutuyorsunuz. Kilitli bir şeyi sadece tutulduğunu bilmediğiniz için ya da callee'nin mutekse ihtiyacı olup olmadığını bilmediğiniz için çağırıyorsanız, çok uzun süre tutuyorsunuz demektir. uygulamanıza bir av tüfeği hedefliyor ve tetiği çekiyorsunuz. Muhtemelen eşzamanlılık elde etmek için iplikleri kullanmaya başladınız;

Muteksleri kullanmak için doğru zihinsel model: Muteks bir değişmezi korur.

Bunun muteksleri kullanmak için gerçekten doğru bir zihinsel model olduğundan neden emin misiniz? Bence doğru model verileri koruyor ama değişmezleri korumuyor.

Değişmezleri koruma sorunu, tek iş parçacıklı uygulamalarda bile ortaya çıkar ve çoklu iş parçacığı ve mutekslerde ortak bir şey yoktur.

Ayrıca, değişmezleri korumanız gerekirse, yinelemesiz olan ikili semaforu kullanabilirsiniz.

Özyinelemeli mutekslerin yararlı olmasının temel nedenlerinden biri, yöntemlere aynı iş parçacığıyla birden çok kez erişilmesidir. Örneğin, muteks kilidi bir bankayı A / c'yi çekmek için koruyorsa, bu para çekme ile de ilgili bir ücret varsa, aynı muteksin kullanılması gerektiğini varsayalım.

Özyineleme muteksi için tek iyi kullanım durumu, bir nesnenin birden çok yöntem içermesidir. Yöntemlerden herhangi biri nesnenin içeriğini değiştirdiğinde ve bu nedenle durum tekrar tutarlı olmadan önce nesneyi kilitlemesi gerektiğinde.

Yöntemler başka yöntemler kullanıyorsa (örneğin: addNewArray (), addNewPoint () öğesini çağırır ve recheckBounds () ile sonlandırır, ancak bu işlevlerden herhangi birinin kendi başına muteksi kilitlemesi gerekir, sonra yinelemeli muteks bir kazan-kazan olur.

Başka herhangi bir durumda (sadece kötü kodlamayı çözmek, farklı nesnelerde bile kullanmak) açıkça yanlıştır!

Özyinelemesiz muteksler ne işe yarar?

Bir şey yapmadan önce muteksin kilidinin açıldığından emin olmanız gerektiğinde kesinlikle iyidirler . Bunun nedeni pthread_mutex_unlockmuteksin yalnızca özyinelemesiz olması durumunda kilidinin açılmasını garanti edebilmesidir.

pthread_mutex_t      g_mutex;

void foo()
{
    pthread_mutex_lock(&g_mutex);
    // Do something.
    pthread_mutex_unlock(&g_mutex);

    bar();
}

g_mutexÖzyinelemeli değilse , yukarıdaki kodun bar()muteks kilidi açıkken aranacağı garanti edilir .

Böylece bar(), başka bir iş parçacığının aynı muteksi elde etmeye çalışmasına neden olabilecek bir şey yapabilen bilinmeyen bir dış işlev olması durumunda bir kilitlenme olasılığını ortadan kaldırmak . Bu tür senaryolar, iş parçacığı havuzları üzerinde oluşturulan uygulamalarda ve bir süreçler arası çağrının istemci programcı bunu fark etmeden yeni bir iş parçacığı oluşturabileceği dağıtılmış uygulamalarda nadir değildir. Tüm bu senaryolarda, söz konusu harici fonksiyonları sadece kilit açıldıktan sonra çağırmak en iyisidir.

Eğer g_mutexözyinelemeli oldu sadece orada olacağını hiçbir şekilde arama yapmadan önce emin kilidi yapmak.