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引言 在多进程开发中，共享资源（如配置文件、设备接口、共享内存块）的竞争访问是常见场景。若不加以控制，轻则导致数据错乱，重则引发进程崩溃。
传统解决方案中: 信号量（semaphore） 虽能实现跨进程同步，但接口设计繁琐（需手动管理计数）；普通线程 mutex 仅能在单进程内生效，无法跨进程协同。更棘手的是，若持有锁的进程意外崩溃，未释放的锁可能导致其他进程永久阻塞——这类 “锁泄露” 问题往往难以排查。
秉持一贯的优雅编程理念，基于共享内存与 pthread 接口，设计并实现一个开箱即用、兼顾安全与易用的进程间互斥锁 ProcMutex 类，支持跨进程同步与异常安全，并通过 RAII 机制简化锁的生命周期管理。
需求分析 一个可靠的进程间互斥锁需满足以下核心需求：
跨进程有效性：能在多个独立进程间同步，而非局限于单进程内的线程。异常容错：当持有锁的进程崩溃时，其他进程能检测并恢复锁状态，避免永久阻塞。线程安全：同一进程内的多个线程调用时，不会出现状态错乱。易用性：提供类似普通 mutex 的 Lock()/Unlock() 接口，最好支持自动释放（避免手动解锁遗漏）。资源自动管理：进程退出时，自动清理共享资源（如共享内存），避免残留。详细设计 基于上述需求，ProcMutex 类的设计围绕 “共享内存存状态，pthread 锁做同步，原子变量保安全” 展开，核心代码如下：
核心结构与类定义（ProcMutex.h）代码语言：javascript复制#ifndef __PROC_MUTEX_H__
#define __PROC_MUTEX_H__
#include
#include
#include
#include
// 共享内存中的数据结构，存储锁状态与计数
struct SharedData {
std::atomic
std::atomic
pthread_mutex_t dataMutex; // 用于保护临界区的核心锁
pthread_mutex_t waitMutex; // 用于保护 waitCnt 的辅助锁
};
class ProcMutex {
public:
explicit ProcMutex(const std::string& mutexName); // 构造时初始化共享资源
~ProcMutex(); // 析构时清理资源
void Lock(); // 加锁
void Unlock(); // 解锁
private:
void Init(); // 初始化共享内存与锁
void DeInit(); // 销毁共享资源
void AddWait(); // 增加等待计数
void DelWait(); // 减少等待计数
private:
int mShmFd; // 共享内存文件描述符
std::string mMutexName; // 锁名称（用于标识共享内存）
SharedData* mSharedData; // 共享内存映射的指针
};
// RAII 封装，自动加解锁
class ProcLockGuard {
public:
explicit ProcLockGuard(ProcMutex& pMutex, std::mutex& tMutex);
~ProcLockGuard();
private:
std::mutex& mTMutex; // 线程内 mutex（防止同一进程内线程竞争）
ProcMutex& mPMutex; // 进程间 mutex
};
#endif // __PROC_MUTEX_H__
实现细节（ProcMutex.cpp） 核心逻辑集中在共享内存初始化、锁状态管理与异常处理，关键代码解析如下：
初始化：共享内存与跨进程锁
① 通过共享内存和pthread_mutexattr_setpshared 将互斥锁允许进程共享。
② 通过pthread_mutexattr_setrobust 开启健壮模式，持有者崩溃时，其他进程能检测到并恢复。代码语言：javascript复制void ProcMutex::Init() {
// 1. 创建/打开共享内存（以 mutex 名称为标识）
mShmFd = shm_open(mMutexName.c_str(), O_RDWR | O_CREAT, 0744);
if (mShmFd == -1) {
SPR_LOGE("shm_open failed! (%s)\n", strerror(errno));
return;
}
// 2. 设置共享内存大小为 SharedData 结构大小
if (ftruncate(mShmFd, sizeof(SharedData)) == -1) {
SPR_LOGE("ftruncate failed! (%s)\n", strerror(errno));
close(mShmFd);
return;
}
// 3. 映射共享内存到进程地址空间
mSharedData = reinterpret_cast
PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, mShmFd, 0));
if (mSharedData == MAP_FAILED) {
SPR_LOGE("mmap failed! (%s)\n", strerror(errno));
close(mShmFd);
return;
}
// 4. 初始化 mutex 属性（关键：设置为跨进程共享+健壮模式）
pthread_mutexattr_t mutexAttr;
pthread_mutexattr_init(&mutexAttr);
// 允许 mutex 在进程间共享
pthread_mutexattr_setpshared(&mutexAttr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
// 开启健壮模式：当持有者崩溃时，其他进程能检测到并恢复
pthread_mutexattr_setrobust(&mutexAttr, PTHREAD_MUTEX_ROBUST);
// 5. 首次初始化共享内存中的锁（refCnt 为 0 表示未初始化）
if (mSharedData->refCnt == 0) {
pthread_mutex_init(&mSharedData->dataMutex, &mutexAttr);
pthread_mutex_init(&mSharedData->waitMutex, &mutexAttr);
mSharedData->refCnt = 0;
mSharedData->waitCnt = 0;
}
pthread_mutexattr_destroy(&mutexAttr);
}
加锁与异常处理代码语言：javascript复制void ProcMutex::Lock() {
if (!mSharedData) return;
// 先尝试加锁，避免直接阻塞
int rc = pthread_mutex_trylock(&mSharedData->dataMutex);
if (rc != 0) {
AddWait(); // 加锁失败，增加等待计数
rc = pthread_mutex_lock(&mSharedData->dataMutex);
// 若持有者崩溃，尝试恢复锁状态（健壮模式的核心作用）
if (rc == EOWNERDEAD) {
SPR_LOGW("Mutex owner died, trying to recover\n");
if (pthread_mutex_consistent(&mSharedData->dataMutex) != 0) {
SPR_LOGE("Failed to make mutex consistent\n");
DelWait();
return;
}
rc = 0;
}
if (rc != 0) {
SPR_LOGE("pthread_mutex_lock failed: %s\n", strerror(rc));
DelWait();
return;
}
DelWait(); // 加锁成功，减少等待计数
}
// 原子增加引用计数（线程安全）
mSharedData->refCnt.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
}
RAII 自动管理：ProcLockGuard代码语言：javascript复制ProcLockGuard::ProcLockGuard(ProcMutex& pMutex, std::mutex& tMutex)
: mTMutex(tMutex), mPMutex(pMutex) {
mTMutex.lock(); // 先锁线程内 mutex（防止同一进程内多线程竞争）
mPMutex.Lock(); // 再锁进程间 mutex
}
ProcLockGuard::~ProcLockGuard() {
mPMutex.Unlock(); // 先释放进程间锁
mTMutex.unlock(); // 再释放线程内锁
}
实例使用持锁进程崩溃演示示例代码
验证当持锁进程崩溃时，其他进程能否从阻塞状态恢复并成功获取锁。代码语言：javascript复制const std::string DEMO_SHARED_MUTEX = "demo_shared_mutex";
void childProcessWork(int processId, bool isCrashProcess)
{
std::mutex threadMutex;
ProcMutex procMutex(DEMO_SHARED_MUTEX);
SPR_LOG("进程 %d: 启动，准备竞争锁...\n", processId);
// 循环尝试访问共享资源
for (int i = 0; i < 3; ++i) {
ProcLockGuard lockGuard(procMutex, threadMutex);
SPR_LOG("进程 %d: 成功获取锁，正在访问资源（第%d次）\n", processId, i+1);
sleep(1);
// 特定进程在持有锁时异常退出（模拟崩溃）
if (isCrashProcess && i == 1) {
SPR_LOG("进程 %d: 即将异常退出（持有锁状态）！\n", processId);
std::abort();
}
SPR_LOG("进程 %d: 释放锁，等待下一次竞争...\n", processId);
}
SPR_LOG("进程 %d: 正常退出\n", processId);
}
int main()
{
constint NUM_PROCESSES = 3; // 总进程数
constint CRASH_PROCESS_ID = 1; // 指定崩溃的进程ID
SPR_LOG("=== 跨进程互斥锁演示程序启动 === \n"
"演示内容: \n"
"1. %d个进程竞争同一个共享资源 \n"
"2. 进程 %d: 在持有锁时异常退出 \n"
"3. 验证其他进程能否检测并恢复锁状态 \n\n", NUM_PROCESSES, CRASH_PROCESS_ID);
srand(time(nullptr));
std::vector
// 创建多个子进程
for (int i = 0; i < NUM_PROCESSES; ++i) {
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
SPR_LOG("fork失败: %s\n", strerror(errno));
return EXIT_FAILURE;
} elseif (pid == 0) {
// 子进程逻辑：第 CRASH_PROCESS_ID 个进程会崩溃
childProcessWork(i + 1, (i + 1 == CRASH_PROCESS_ID));
return EXIT_SUCCESS;
} else {
childPids.push_back(pid);
usleep(50000); // 错开进程启动时间
}
}
// 父进程等待所有子进程结束
int status;
for (pid_t pid : childPids) {
waitpid(pid, &status, 0);
if (WIFEXITED(status)) {
SPR_LOG("父进程：子进程 %d: 正常退出，退出码 %d\n", pid, WEXITSTATUS(status));
} elseif (WIFSIGNALED(status)) {
SPR_LOG("父进程：子进程 %d: 异常退出，信号 %d\n", pid, WTERMSIG(status));
}
}
SPR_LOG("\n=== 演示结束 ===\n");
return EXIT_SUCCESS;
}
效果代码语言：javascript复制$ ./01_proc_guard
=== 跨进程互斥锁演示程序启动 ===
演示内容:
1. 3个进程竞争同一个共享资源
2. 进程 1: 在持有锁时异常退出
3. 验证其他进程能否检测并恢复锁状态
进程 1: 启动，准备竞争锁...
进程 1: 成功获取锁，正在访问资源（第1次）
进程 2: 启动，准备竞争锁...
进程 3: 启动，准备竞争锁...
进程 1: 释放锁，等待下一次竞争...
进程 1: 成功获取锁，正在访问资源（第2次）
进程 1: 即将异常退出（持有锁状态）！
174 ProcMutex W: Mutex owner died, trying to recover
进程 3: 成功获取锁，正在访问资源（第1次）
父进程：子进程 15076: 异常退出，信号 6
进程 3: 释放锁，等待下一次竞争...
进程 3: 成功获取锁，正在访问资源（第2次）
进程 3: 释放锁，等待下一次竞争...
进程 3: 成功获取锁，正在访问资源（第3次）
进程 3: 释放锁，等待下一次竞争...
进程 3: 正常退出
进程 2: 成功获取锁，正在访问资源（第1次）
进程 2: 释放锁，等待下一次竞争...
进程 2: 成功获取锁，正在访问资源（第2次）
进程 2: 释放锁，等待下一次竞争...
进程 2: 成功获取锁，正在访问资源（第3次）
进程 2: 释放锁，等待下一次竞争...
进程 2: 正常退出
父进程：子进程 15077: 正常退出，退出码 0
父进程：子进程 15078: 正常退出，退出码 0
=== 演示结束 ===
通过演示能够发现进程1在持锁状态崩溃时，进程2和进程3能够从阻塞状态恢复并正常获取锁。
临界区保护主要验证多进程对临界区竞争的保护效果，测试也能够正常通过。由于篇幅过长，不再赘述，可在文末获取源码。
总结ProcMutex 通过共享内存+健壮 mutex 解决了跨进程同步问题，尤其对“进程崩溃导致锁泄露”的场景做了容错处理，提升了系统稳定性。接口与普通 mutex 一致，ProcLockGuard 实现 RAII 自动管理，降低了手动加解锁的出错风险。除此之外，还可进一步增加超时加锁（TimedLock）、锁状态查询等接口，后续再增加。最后
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