APR源代码分析-进程同步篇

十二月 2, 2005

最新的统计数据显示Apache服务器在全世界仍然占据着Web服务器龙头老大的位置，而且市场占有率遥遥领先，所以学习Apache相关知识是完全正确的方向，这里我们继续分析APR进程同步相关内容。

进程同步的源代码的位置在$(APR_HOME)/locks目录下，本篇blog着重分析unix子目录下的proc_mutex.c、global_mutex文件内容，其相应头文件为$(APR_HOME)/include/apr_proc_mutex.h、apr_global_mutex.h。其用于不同进程之间的同步以及多进程多线程中的同步问题。

APR提供三种同步措施，分别为：
apr_thread_mutex_t – 支持单个进程内的多线程同步；
apr_proc_mutex_t – 支持多个进程间的同步；
apr_global_mutex_t – 支持不同进程内的不同线程间同步。
在本篇中着重分析apr_proc_mutex_t。

1、同步机制
APR提供多种进程同步的机制供选择使用。在apr_proc_mutex.h中列举了究竟有哪些同步机制：
typedef enum {
    APR_LOCK_FCNTL,         /* 记录上锁 */
    APR_LOCK_FLOCK,         /* 文件上锁 */
    APR_LOCK_SYSVSEM,       /* 系统V信号量 */
    APR_LOCK_PROC_PTHREAD, /* 利用pthread线程锁特性 */
    APR_LOCK_POSIXSEM,      /* POSIX信号量 */
    APR_LOCK_DEFAULT        /* 默认进程间锁 */
} apr_lockmech_e;

这几种锁机制，随便拿出哪一种都很复杂。APR的代码注释中强调了一点就是“只有APR_LOCK_DEFAULT”是可移植的。这样一来用户若要使用APR进程同步机制接口，就必须显式指定一种同步机制。

2、实现点滴
APR提供每种同步机制的实现，每种机制体现为一组函数接口，这些接口被封装在一个结构体类型中：

/* in apr_arch_proc_mutex.h */
struct apr_proc_mutex_unix_lock_methods_t {
    unsigned int flags;
    apr_status_t (*create)(apr_proc_mutex_t *, const char *);
    apr_status_t (*acquire)(apr_proc_mutex_t *);
    apr_status_t (*tryacquire)(apr_proc_mutex_t *);
    apr_status_t (*release)(apr_proc_mutex_t *);
    apr_status_t (*cleanup)(void *);
    apr_status_t (*child_init)(apr_proc_mutex_t **, apr_pool_t *, const char *);
    const char *name;
};

之后在apr_proc_mutex_t类型中，apr_proc_mutex_unix_lock_methods_t的出现也就在情理之中了:)
/* in apr_arch_proc_mutex.h */
struct apr_proc_mutex_t {
    apr_pool_t *pool;
    const apr_proc_mutex_unix_lock_methods_t *meth;
    const apr_proc_mutex_unix_lock_methods_t *inter_meth;
    int curr_locked;
    char *fname;
    … …
#if APR_HAS_PROC_PTHREAD_SERIALIZE
    pthread_mutex_t *pthread_interproc;
#endif
};

这样APR提供的用户接口其实就是对mech各个“成员函数”功能的“薄封装”，而真正干活的其实是apr_proc_mutex_t中的meth字段的“成员函数”，它们的工作包括mutex的创建、获取(加锁)和清除(解锁)等。以“获取锁”为例APR的实现如下：
APR_DECLARE(apr_status_t) apr_proc_mutex_lock(apr_proc_mutex_t *mutex)
{
return mutex->meth->acquire(mutex);
}

3、同步机制
按照枚举类型apr_lockmech_e的声明，我们知道APR为我们提供了5种同步机制，下面分别简单说说：
(1) 记录锁
记录锁是一种建议性锁，它不能防止一个进程写已由另一个进程上了读锁的文件，它主要利用fcntl系统调用来完成锁功能的，记得在以前的一篇关于APR 文件I/O的Blog中谈过记录锁，这里不再详细叙述了。

(2) 文件锁
文件锁是记录锁的一个特例，其功能由函数接口flock支持。值得说明的是它仅仅提供“写入锁”(独占锁)，而不提供“读入锁”(共享锁)。

(3) System V信号量
System V信号量是一种内核维护的信号量，所以我们只需调用semget获取一个System V信号量的描述符即可。值得注意的是与POSIX的单个“计数信号量”不同的是System V信号量是一个“计数信号量集”。所以我们在注意的是在初始化时设定好信号量集的属性以及在调用semop时正确选择信号量集中的信号量。在APR的System V信号量集中只是申请了一个信号量。

(4) 利用线程互斥锁机制
APR使用pthread提供的互斥锁机制。原本pthread互斥锁是用来互斥一个进程内的各个线程的，但APR在共享内存中创建了pthread_mutex_t，这样使得不同进程的主线程实现互斥，从而达到进程间互斥的目的。截取部分代码如下：
new_mutex->pthread_interproc = (pthread_mutex_t *)mmap(
                                       (caddr_t) 0,
                                       sizeof(pthread_mutex_t),
                                       PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
                                       fd, 0);

(5) POSIX信号量
APR使用了POSIX有名信号量机制，从下面的代码中我们可以看出这一点：
/* in proc_mutex.c */
apr_snprintf(semname, sizeof(semname), "/ApR.%lxZ%lx", sec, usec); /* APR自定义了一种POSIX信号量命名规则，在源代码中有说明 */
psem = sem_open(semname, O_CREAT, 0644, 1);

4、如何使用
我们知道父进程的锁其子进程并不继承。APR进程同步机制的一个典型使用方法就是：“Create the mutex in the Parent， Attach to it in the Child”。APR提供接口apr_proc_mutex_child_init在子进程中re-open the mutex。

5、小结
APR提供多种锁机制，所以使用的时候要根据具体应用情况细心选择。