動態(tài)庫中的函數(shù)實現(xiàn)互斥調(diào)用
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(1條消息) 動態(tài)庫中的函數(shù)實現(xiàn)互斥調(diào)用_盧平光的博客-CSDN博客_函數(shù)互斥
一直在糾結(jié)一個問題：
如果一個函數(shù)使用互斥鎖可以防止被調(diào)用時重入的情況，但是如果該函數(shù)以so的形式提供給使用者（其它進程），那么如何做到各進程間對于該函數(shù)的互斥調(diào)用呢？
首先明確下前提：
so被進程加載時，代碼段共享，但是所有變量（局部、全局、靜態(tài)變量）都是各進程copy一份私有使用。
也就是說，想要在so內(nèi)實現(xiàn)一個不可重入的函數(shù)還是比較困難的，因為所有變量都是獨立的，但是考慮如下場景：驅(qū)動層給了一個視頻碼流錄制的接口，并且沒有在驅(qū)動層做互斥，但實際上這個接口同一時間只可能被一個進程調(diào)用，那么很明顯，串接到so中的接口必須實現(xiàn)該接口的原子調(diào)用。
解決思路：
由so創(chuàng)建一塊共享內(nèi)存，放置一份進程共享的互斥鎖
第一步的動作需要尋找一個合適點自動完成，比如so加載時
各進程在調(diào)用so接口時，接口內(nèi)部使用該共享鎖完成互斥調(diào)用
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1、互斥鎖共享
// 定義進程鎖結(jié)構(gòu)體
typedef struct Mutex_Info {
// 鎖以及狀態(tài)
pthread_mutex_t lock;
pthread_mutexattr_t lock_attr;
// 在共享內(nèi)存中的標識符
int FLAG;
} mutex_info_t;要想把鎖放到共享內(nèi)存，那么先創(chuàng)建一塊內(nèi)存
/**
* 返回一片共享內(nèi)存標識符，用于后續(xù)獲取該共享內(nèi)存，以及銷毀該共享內(nèi)存
* INDEX_OF_KEY —— 自定義的該共享內(nèi)存序號
* LENGTH —— 共享內(nèi)存大小
*/
const int create_sharemem(const int INDEX_OF_KEY, const unsigned int LENGTH) {
// 生成key
const char* FILE_PATH = "./";
key_t key = ftok(FILE_PATH, INDEX_OF_KEY);
// 創(chuàng)建共享內(nèi)存空間
//多個進程調(diào)用該函數(shù)，只要確保KEY相同，那么只會創(chuàng)建同一塊內(nèi)存
const int FLAG = shmget(key, LENGTH, IPC_CREAT | 0666);
return FLAG;
}其中的init函數(shù)是鎖的初始化，注意需要設(shè)置其進程間共享屬性
const int init_mutex(void* pthis) {
mutex_info_t* mp = (mutex_info_t*)pthis;
// 初始化鎖狀態(tài)，設(shè)置狀態(tài)狀態(tài)為——進程共享
pthread_mutexattr_init(&(mp->lock_attr));
pthread_mutexattr_setpshared(&(mp->lock_attr), PTHREAD_PROCESS_SHARED);
// 用鎖狀態(tài)來初始化鎖
pthread_mutex_init(&(mp->lock), &(mp->lock_attr));
return 0;
}有了以上兩個函數(shù)，其實就可以寫一個so被加載時自動執(zhí)行的初始化函數(shù)，這樣可以保證so的使用者不必關(guān)心內(nèi)存、鎖的創(chuàng)建、銷毀和使用。所以先插講下so加載時自動執(zhí)行函數(shù)的方法。
2、so加載時自動執(zhí)行函數(shù)
GNU C 的一大特色就是__attribute__ 機制。attribute 是一個編譯指令，可以設(shè)置函數(shù)屬性（Function Attribute ）、變量屬性（Variable Attribute ）和類型屬性（Type Attribute ）。
attribute 書寫特征是：attribute 前后都有兩個下劃線，并切后面會緊跟一對原括弧，括弧里面是相應(yīng)的__attribute__ 參數(shù)。
若將某一函數(shù)的聲明中添加 __ attribute__((constructor)) 屬性，那么它具有兩種運行時機
若函數(shù)所在源文件被編譯為可執(zhí)行文件，那么該函數(shù)可以在main函數(shù)執(zhí)行前被調(diào)用
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
static int * g_count = NULL;
__attribute__((constructor)) void load_file()
{
printf("Constructor is called.\n");
}
__attribute__((destructor)) void unload_file()
{
printf("destructor is called.\n");
}
int main()
{
printf （"this is main function\n"）；
return 0;
}注意正常退出才會自動執(zhí)行destructor 的修飾的函數(shù)。
若函數(shù)所在源文件被編譯為共享庫，那么該函數(shù)可以在共享庫被其它進程顯式dlopen或者隱式由操作系統(tǒng)加載時都會優(yōu)先執(zhí)行
//process source file #include <stdio.h> #include <string.h> #include <dlfcn.h> int main(int argc, char **argv) { void (*print)(); int (*add)(int, int); void *handle; if (argc < 2) return -1; handle = dlopen(argv[1], RTLD_LAZY); if (!handle) { printf("dlopen failed: %s\n", dlerror()); return -1; } print = dlsym(handle, "print"); if (!print) { printf("dlsym failed: %s\n", dlerror()); return -1; } print(); add = dlsym(handle, "add"); if (!add) { printf("dlsym failed: %s\n", dlerror()); return -1; } add(1, 2); dlclose(handle); return 0; } //libss.so source file #include <stdio.h> #include <string.h> void print() { printf("I am print\n"); } int add(int a, int b) { printf("Sum %d and %d is %d\n", a, b, a + b); return 0; } //static void king() __attribute__((constructor(101))); the following is also right static __attribute__((constructor(101))) void king() { printf("I am king\n"); }
gcc -Wall -shared -fPIC -o libss.so libss.c -ldl gcc -Wall -o udlopen udlopen.c ./udlopen libss.so I am king I am print Sum 1 and 2 is 3
__ attribute__((constructor))的這一特性可以被用在許多場合。比如某個so的功能實現(xiàn)需要預(yù)先映射一塊共享內(nèi)存，如果要求所有使用該so的進程在加載時手動去做這一步驟是非常不合理的，此時可以將內(nèi)存映射實現(xiàn)放在__ attribute__((constructor))屬性聲明的函數(shù)中，這樣每次so被加載就會自動完成共享內(nèi)存的創(chuàng)建映射，對so的使用者完全透明，確實夠巧妙！
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3、so加載時自動創(chuàng)建共享內(nèi)存與互斥鎖
//全局變量
mutex_info_t tPtr = NULL;
__ attribute__((constructor)) static void pre_init(void)
{
int flag = create_sharemem(127, sizeof(mutex_info_t ));
//NULL參數(shù)代表由操作系統(tǒng)選擇共享內(nèi)存中的合適位置返回給內(nèi)存申請者，測試發(fā)現(xiàn)由于共享內(nèi)存一共就只有mutex_info_t 大小，
//所以每次返回的地址相同 這也能保證so被多個進程加載使用的是同一把鎖
tPtr = (mutex_info_t *)shmat(FLAG, NULL, SHM_R | SHM_W);
//內(nèi)存內(nèi)結(jié)構(gòu)體的FLAG如果不是共享內(nèi)存的索引，那么表示是第一次申請內(nèi)存，需要對鎖初始化
//避免多次加載so時多次init鎖
if(tPtr->FLAG != flag)
{
tPtr->FLAG == flag;
init_mutex(tPtr);
printf("first make mem, init lock");
}
else
{
printf("mem, lock has been init");
}
}
__ attribute__((destructor)) static void late_destory(void)
{
struct shmid_ds shminfo;
//共享內(nèi)存有引用計數(shù)，所以多次寫在so調(diào)用釋放共享內(nèi)存時，只有最后計數(shù)為0時才會真正釋放
shmctl(tPtr->FLAG, IPC_RMID,NULL);
shmctl(tPtr->FLAG, IPC_STAT,&shminfo);
//雖然tPtr不能被進程共享，但是每個進程的SO唄加載時都會重新更新tPtr的值，所以可放心使用
//當內(nèi)存引用計數(shù)變?yōu)?時（實際測試是1），代表so不被使用，可銷毀鎖
if(shminfo.shm_nattch == 1)
{
pthread_mutex_destory(&(tPtr->lock));
pthread_mutexattr_destory(&(tPtr->lock_attr));
}
}有了保護機制，可以再寫一個接口，接口假設(shè)不可重入：
void Asyncprint()
{
pthread_mutex_lock(&(mp->lock));
printf("now you can call me");
sleep(10);
printf("all me finish!");
pthread_mutex_unlock(&(mp->lock));
}以上函數(shù)模擬的場景是：Asyncprint執(zhí)行一次需要10s，中間不允許重入，so編譯方法：
gcc lock.c -fPIC -shared -o liblock.so
可以同時跑兩個相同進程調(diào)用該so的接口，看看接口是否互斥調(diào)用
//main.c
//gcc main.c -L. -llock -lpthread -o 1.exe
//gcc main.c -L. -llock -lpthread -o 2.exe
//可同時使用ipcs -m c查看共享內(nèi)存信息
#include <stdio.h>
#include "lock.h"
int main()
{
Asyncprint();
}同時運行1.exe 2.exe看打?。?/span>
完整源碼：
//main.c
//gcc lock.c -fPIC -shared -o liblock.so 編譯動態(tài)庫
//gcc main.c -L. -llock -lpthread -o 1.out 編譯可執(zhí)行程序1
//gcc main.c -L. -llock -lpthread -o 2.out 編譯可執(zhí)行程序2
//ipcs -m shell中查看當前shm情況
#include <stdio.h>
#include <sys/shm.h>
#include "lock.h"
int main() {
//方式1 可執(zhí)行程序自己調(diào)用函數(shù)分配共享內(nèi)存，創(chuàng)建互斥鎖
//此時需刪除lock.c中的constructor與desstructor函數(shù)
/*mutex_info_t * mp = create_mutex_package(111);
shmctl(557060, IPC_RMID, NULL)
asyncprint();
destory_mutex_package(mp);
*/
//方式2 內(nèi)存與互斥鎖均由so加載時，其自己的constructor與desstructor函數(shù)負責(zé)創(chuàng)建與銷毀
asyncprint();
return 0;
}//lock.h
#ifndef __LOCK_H_
#define __LOCK_H_
#include <pthread.h>
typedef struct MUTEX_PACKAGE {
pthread_mutex_t lock;
pthread_mutexattr_t lock_attr;
int FLAG;
} mutex_info_t ;
extern const void asyncprint();
#endiflock.c
//gcc lock.c -fPIC -shared -o liblock.so
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <assert.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "lock.h"
mutex_info_t * mp = NULL;
int FLAG =0;
/**
* 返回一片共享內(nèi)存標識符，用于后續(xù)獲取該共享內(nèi)存，以及銷毀該共享內(nèi)存
* INDEX_OF_KEY —— 自定義的該共享內(nèi)存序號
* LENGTH —— 共享內(nèi)存大小
*/
const int create_sharemem(const int INDEX_OF_KEY, const unsigned int LENGTH) {
// 生成key
const char* FILE_PATH = "./";
key_t key = ftok(FILE_PATH, INDEX_OF_KEY);
// 創(chuàng)建共享內(nèi)存空間
const int FLAG = shmget(key, LENGTH, IPC_CREAT | 0666);
return FLAG;
}
// 初始化進程鎖結(jié)構(gòu)體
const int init_mutex(void* pthis) {
mutex_info_t * mp = (mutex_info_t *)pthis;
// 初始化鎖狀態(tài)，設(shè)置狀態(tài)狀態(tài)為——進程共享
pthread_mutexattr_init(&(mp->lock_attr));
pthread_mutexattr_setpshared(&(mp->lock_attr), PTHREAD_PROCESS_SHARED);
// 用鎖狀態(tài)來初始化鎖
pthread_mutex_init(&(mp->lock), &(mp->lock_attr));
return 0;
}
__ attribute__((constructor)) static void pre_init(void)
{
int flag = create_sharemem(127, sizeof(mutex_info_t ));
//NULL參數(shù)代表由操作系統(tǒng)選擇共享內(nèi)存中的合適位置返回給內(nèi)存申請者，測試發(fā)現(xiàn)由于共享內(nèi)存一共就只有mutex_info_t 大小，
//所以每次返回的地址相同 這也能保證so被多個進程加載使用的是同一把鎖
tPtr = (mutex_info_t *)shmat(FLAG, NULL, SHM_R | SHM_W);
//內(nèi)存內(nèi)結(jié)構(gòu)體的FLAG如果不是共享內(nèi)存的索引，那么表示是第一次申請內(nèi)存，需要對鎖初始化
//避免多次加載so時多次init鎖
if(tPtr->FLAG != flag)
{
tPtr->FLAG == flag;
init_mutex(tPtr);
printf("first make mem, init lock");
}
else
{
printf("mem, lock has been init");
}
}
__ attribute__((destructor)) static void late_destory(void)
{
struct shmid_ds shminfo;
//共享內(nèi)存有引用計數(shù)，所以多次寫在so調(diào)用釋放共享內(nèi)存時，只有最后計數(shù)為0時才會真正釋放
shmctl(tPtr->FLAG, IPC_RMID,NULL);
shmctl(tPtr->FLAG, IPC_STAT,&shminfo);
//雖然tPtr不能被進程共享，但是每個進程的SO唄加載時都會重新更新tPtr的值，所以可放心使用
//當內(nèi)存引用計數(shù)變?yōu)?時（實際測試是1），代表so不被使用，可銷毀鎖
if(shminfo.shm_nattch == 1)
{
pthread_mutex_destory(&(tPtr->lock));
pthread_mutexattr_destory(&(tPtr->lock_attr));
}
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