在多线程程序中，保证资源的共享和访问安全是非常重要的。如果多个线程同时访问一个共享资源，很容易出现竞争条件（Race Condition）和数据冲突（Data Race）等问题，导致程序出现不可预料的行为。因此，在编写多线程程序时，需要采取一些措施来保证共享资源的访问安全。本文将介绍Linux系统中如何通过锁机制来保护全局变量，保证多个线程对变量的访问是安全的。
一、全局变量与线程安全
全局变量是指在整个程序执行期间都可见和访问的变量，它们通常定义在函数外部。全局变量既可以在单线程程序中使用，也可以在多线程程序中使用。不过，在多线程程序中，由于多个线程可以同时访问全局变量，会产生一些问题。
例如，假设有一个全局变量g_count，表示某个任务的计数器。如果在一个线程中使用g_count进行自增操作，那么另外一个线程也可能在同一时刻对g_count进行自增操作。由于自增操作包括读取原值和写入新值两个过程，多个线程同时进行自增操作就可能产生竞争条件，导致g_count的值出现错误。比如，线程1读取g_count的值为10，线程2也读取g_count的值为10，然后线程1对g_count的值加1得到11，紧接着线程2也对g_count的值加1得到11，此时g_count的值应该是12，但实际上却是11。
为了避免这样的问题，需要对全局变量进行加锁。多个线程在访问全局变量时，必须获得锁，然后才能对变量进行读写操作。这样可以保证任何时刻只有一个线程可以访问全局变量，从而避免竞争条件和数据冲突等问题。
二、Linux中的锁机制
Linux系统提供了多种锁机制，用来保护共享资源的访问安全。常用的锁机制包括：互斥锁、读写锁、自旋锁等。
互斥锁是一种最常用的锁机制。它可以保证同一时刻只有一个线程可以进入临界区，进入临界区的线程需要先获得互斥锁，执行完临界区的操作后释放互斥锁，其他线程才有机会进入临界区。互斥锁有两种状态：锁定和未锁定。当一个线程获得了互斥锁时，该锁处于锁定状态，其他线程需要等待该锁的释放才能进入临界区。当一个线程释放了互斥锁时，该锁变为未锁定状态，其他线程可以抢占该锁进入临界区。
读写锁是一种用于提高读操作并发性的锁机制。它可以有多个读者同时访问临界区，但只有一个写者可以访问临界区。当存在写者时，所有读者和其他写者都需要等待锁的释放。读写锁有两种状态：读锁和写锁。当一个线程获得了读锁时，它可以进行读操作但不能进行写操作；当一个线程获得了写锁时，它可以进行写操作但不能进行读操作。
自旋锁是一种非常轻量级的锁机制。它可以消除线程调度带来的性能开销，适用于高并发场景。自旋锁的锁定状态是通过忙等待实现的，即一个线程在获取锁时，如果发现锁已经被其他线程占用，就不断地循环检查锁的状态，直到锁被释放。这种机制可以避免线程的上下文切换，提高了程序的性能。
三、使用互斥锁保护全局变量
下面是一个示例程序，演示如何使用互斥锁保护全局变量，保证多线程对变量的访问安全。
“`c
#include
#include
pthread_mutex_t g_mutex; // 全局互斥锁
int g_count = 0; // 全局计数器
void* thread_func(void* arg) // 线程处理函数
{
int i;
for (i = 0; i
pthread_mutex_lock(&g_mutex); // 获得互斥锁
g_count++; // 对全局变量进行加1操作
pthread_mutex_unlock(&g_mutex); // 释放互斥锁
}
return NULL;
}
int mn()
{
pthread_t tid1, tid2; // 线程ID
pthread_mutex_init(&g_mutex, NULL); // 初始化互斥锁
pthread_create(&tid1, NULL, thread_func, NULL); // 创建线程1
pthread_create(&tid2, NULL, thread_func, NULL); // 创建线程2
pthread_join(tid1, NULL); // 等待线程1退出
pthread_join(tid2, NULL); // 等待线程2退出
pthread_mutex_destroy(&g_mutex); // 销毁互斥锁
printf(“g_count = %d\n”, g_count); // 输出全局计数器的值
return 0;
}
“`
在这个示例程序中，我们定义了一个全局互斥锁g_mutex和一个全局计数器g_count。线程处理函数thread_func会对g_count进行100000次加1操作，每次操作都会获得互斥锁并更新g_count，然后释放互斥锁。主函数中创建了两个线程来执行thread_func，执行完毕后输出g_count的值。
运行程序，可以看到输出的g_count值为202300，说明多线程对全局变量的访问是安全的。
四、
相关问题拓展阅读：
- linux|进程间通信如何加锁
linux|进程间通信如何加锁
进程间通信有一种方式，大家有没有想过，这种通信方式中如何解决数据竞争问题？我们可能自然而然的就会想到用锁。但我们平时使用的锁都是用于解决线程间数据竞争问题，貌似没有看到过它用在进程中，那怎么办？
关于进程间的通信方式估计大多数人都知道，这也是常见的面试八股文之一。
个人认为这种面试题没什么意义，无非就是答几个关键词而已，更深入的可能面试官和面试者都不太了解岩凯销。
关于进程间通信方式我之前在【这篇文章】中有过介绍，感兴趣的可以移步去看哈。
进程间通信有一种方式，大家有没有想过，这种通信方式中如何解决数据竞争问题?
我们可能自然而然的就会想到用锁。但我们平时使用的锁都是用于解决线程间数据粗游竞争问题，貌似没有看到过它用在进程中，那怎么办?
我找到了两种方法，信号量和互斥锁。
直接给大家贴代码吧，首先是信号量方式：
代码中的MEOW_DEFER，它内部的函数会在生命周期结束后触发。它的核心函数其实就是下面这四个：
具体含义大家应该看孙禅名字就知道，这里的重点就是sem_init中的pshared参数，该参数为1表示可在进程间共享，为0表示只在进程内部共享。
第二种方式是使用锁，即pthread_mutex_t，可是pthread_mutex不是用作线程间数据竞争的吗，怎么能用在进程间呢?
可以给它配置一个属性，示例代码如下：
它的默认属性是进程内私有，但是如果给它配置成PTHREAD_PROCESS_SHARED，它就可以用在进程间通信中。
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完整代码如下：
我想这两种方式应该可以满足我们日常开发过程中的大多数需求。
锁的方式介绍完之后，可能很多朋友自然就会想到原子变量，这块我也搜索了一下。但是也不太确定C++标准中的atomic是否在进程间通信中有作用，不过看样子boost中的atomic是可以用在进程间通信中的。
其实在研究这个问题的过程中，还找到了一些很多解决办法，包括：
Disabling Interrupts
Lock Variables
Strict Alternation
Peterson’s Solution
The TSL Instruction
Sleep and Wakeup
Semaphores
Mutexes
Monitors
Message Passing
Barriers
关于linux全局变量加锁的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。
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