Мьютекс

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

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

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 засыпает 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 — такие, как взаимная блокировка (клинч).

Мьютекс - одна из реализаций спинлока.

Мьютекс отличается от семафора общего вида тем, что только владеющий им поток может его освободить, т.е. перевести в отмеченное состояние.

Мьютексы в Win32 API[править | править исходный текст]

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[править | править исходный текст]

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[править | править исходный текст]

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.

Мьютексы в языке C++[править | править исходный текст]

Последний 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 мютексов: shared_mutex и др., которые позволяют захватывать мьютекс для совместного владения несколькими потоками только для чтения данных.

Примечания[править | править исходный текст]

См. также[править | править исходный текст]