set_robust_list系统调用及示例

发表于2025-08-23由麦芽爸

set_robust_list 函数详解

set_robust_list 是Linux系统调用，用于设置进程的健壮互斥锁（robust mutex）列表。当持有健壮互斥锁的进程异常终止时，内核会自动释放这些锁，防止死锁的发生。这个机制对于构建高可靠性多线程应用程序非常重要。

1. 函数介绍

set_robust_list 是Linux系统调用，用于设置进程的健壮互斥锁（robust mutex）列表。当持有健壮互斥锁的进程异常终止时，内核会自动释放这些锁，防止死锁的发生。这个机制对于构建高可靠性多线程应用程序非常重要。

set_robust_list系统调用及示例-CSDN博客

2. 函数原型

#include <linux/futex.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <unistd.h>

long set_robust_list(struct robust_list_head *head, size_t len);

3. 功能

set_robust_list 允许进程注册一个健壮互斥锁列表，当进程异常退出时（如被信号终止），内核会自动遍历这个列表并释放所有未释放的互斥锁，确保其他等待这些锁的线程不会永久阻塞。

4. 参数

  • *struct robust_list_head head: 指向健壮列表头的指针
  • size_t len: 列表头结构的大小（通常为sizeof(struct robust_list_head)）

5. 返回值

  • 成功: 返回0
  • 失败: 返回-1，并设置errno

6. 相似函数，或关联函数

  • get_robust_list: 获取当前健壮列表
  • pthread_mutexattr_setrobust: 设置pthread互斥锁的健壮属性
  • pthread_mutex_consistent: 标记互斥锁状态为一致

7. 示例代码

示例1：基础set_robust_list使用

#include <linux/futex.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>

/**
 * 健壮列表头结构
 */
struct robust_list_head {
    struct robust_list *list;
    long futex_offset;
    unsigned long list_op_pending;
};

/**
 * 健壮列表节点结构
 */
struct robust_list {
    struct robust_list *next;
};

/**
 * 调用set_robust_list系统调用
 */
static inline long sys_set_robust_list(struct robust_list_head *head, size_t len) {
    return syscall(SYS_set_robust_list, head, len);
}

/**
 * 调用get_robust_list系统调用
 */
static inline long sys_get_robust_list(int pid, struct robust_list_head **head, size_t *len) {
    return syscall(SYS_get_robust_list, pid, head, len);
}

/**
 * 演示基础set_robust_list使用方法
 */
int demo_set_robust_list_basic() {
    struct robust_list_head head;
    struct robust_list_head *get_head;
    size_t len;
    long result;
    
    printf("=== 基础set_robust_list使用示例 ===\n");
    
    // 初始化健壮列表头
    head.list = NULL;
    head.futex_offset = 0;
    head.list_op_pending = 0;
    
    printf("1. 设置健壮列表:\n");
    result = sys_set_robust_list(&head, sizeof(head));
    if (result == 0) {
        printf("  成功设置健壮列表\n");
    } else {
        printf("  设置健壮列表失败: %s\n", strerror(errno));
        if (errno == ENOSYS) {
            printf("  系统不支持健壮列表功能\n");
            return 0;
        }
        return -1;
    }
    
    printf("2. 获取当前健壮列表:\n");
    result = sys_get_robust_list(0, &get_head, &len);
    if (result == 0) {
        printf("  成功获取健壮列表\n");
        printf("  列表地址: %p\n", (void*)get_head);
        printf("  列表大小: %zu 字节\n", len);
    } else {
        printf("  获取健壮列表失败: %s\n", strerror(errno));
    }
    
    printf("3. 验证列表设置:\n");
    if ((void*)get_head == (void*)&head && len == sizeof(head)) {
        printf("  ✓ 健壮列表设置正确\n");
    } else {
        printf("  ✗ 健壮列表设置可能有问题\n");
    }
    
    return 0;
}

int main() {
    return demo_set_robust_list_basic();
}

示例2：pthread健壮互斥锁演示

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <sys/syscall.h>

/**
 * 共享资源结构
 */
typedef struct {
    pthread_mutex_t mutex;
    int counter;
    int active_threads;
} shared_resource_t;

/**
 * 线程数据结构
 */
typedef struct {
    int thread_id;
    shared_resource_t *resource;
    int terminate_signal;
} thread_data_t;

/**
 * 初始化健壮互斥锁
 */
int init_robust_mutex(pthread_mutex_t *mutex) {
    pthread_mutexattr_t attr;
    int result;
    
    // 初始化互斥锁属性
    result = pthread_mutexattr_init(&attr);
    if (result != 0) {
        printf("初始化互斥锁属性失败: %s\n", strerror(result));
        return -1;
    }
    
    // 设置互斥锁为健壮的
    result = pthread_mutexattr_setrobust(&attr, PTHREAD_MUTEX_ROBUST);
    if (result != 0) {
        printf("设置健壮属性失败: %s\n", strerror(result));
        pthread_mutexattr_destroy(&attr);
        return -1;
    }
    
    // 初始化互斥锁
    result = pthread_mutex_init(mutex, &attr);
    if (result != 0) {
        printf("初始化互斥锁失败: %s\n", strerror(result));
        pthread_mutexattr_destroy(&attr);
        return -1;
    }
    
    pthread_mutexattr_destroy(&attr);
    return 0;
}

/**
 * 线程函数
 */
void* worker_thread(void *arg) {
    thread_data_t *data = (thread_data_t*)arg;
    int result;
    
    printf("工作线程 %d 启动\n", data->thread_id);
    
    // 模拟工作循环
    for (int i = 0; i < 10 && !data->terminate_signal; i++) {
        // 获取互斥锁
        result = pthread_mutex_lock(&data->resource->mutex);
        if (result == EOWNERDEAD) {
            printf("线程 %d: 检测到锁持有者异常终止\n", data->thread_id);
            // 标记互斥锁状态为一致
            result = pthread_mutex_consistent(&data->resource->mutex);
            if (result != 0) {
                printf("线程 %d: 恢复互斥锁一致性失败: %s\n", 
                       data->thread_id, strerror(result));
                pthread_mutex_unlock(&data->resource->mutex);
                break;
            }
            printf("线程 %d: 成功恢复互斥锁一致性\n", data->thread_id);
        } else if (result != 0) {
            printf("线程 %d: 获取互斥锁失败: %s\n", data->thread_id, strerror(result));
            break;
        }
        
        // 访问共享资源
        data->resource->counter++;
        printf("线程 %d: 计数器 = %d\n", data->thread_id, data->resource->counter);
        
        // 模拟工作处理时间
        usleep(100000);  // 100ms
        
        // 释放互斥锁
        pthread_mutex_unlock(&data->resource->mutex);
        
        // 短暂休息
        usleep(50000);  // 50ms
    }
    
    // 减少活跃线程计数
    pthread_mutex_lock(&data->resource->mutex);
    data->resource->active_threads--;
    pthread_mutex_unlock(&data->resource->mutex);
    
    printf("工作线程 %d 结束\n", data->thread_id);
    return NULL;
}

/**
 * 演示pthread健壮互斥锁
 */
int demo_pthread_robust_mutex() {
    shared_resource_t resource = {0};
    pthread_t threads[3];
    thread_data_t thread_data[3];
    int result;
    
    printf("=== pthread健壮互斥锁演示 ===\n");
    
    // 初始化健壮互斥锁
    if (init_robust_mutex(&resource.mutex) != 0) {
        return -1;
    }
    
    printf("成功初始化健壮互斥锁\n");
    
    // 初始化共享资源
    resource.counter = 0;
    resource.active_threads = 3;
    
    // 创建工作线程
    printf("创建3个工作线程...\n");
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        thread_data[i].thread_id = i + 1;
        thread_data[i].resource = &resource;
        thread_data[i].terminate_signal = 0;
        
        result = pthread_create(&threads[i], NULL, worker_thread, &thread_data[i]);
        if (result != 0) {
            printf("创建线程 %d 失败: %s\n", i + 1, strerror(result));
            return -1;
        }
    }
    
    // 让线程运行一段时间
    printf("让线程运行5秒...\n");
    sleep(5);
    
    // 强制终止一个线程来演示健壮性
    printf("强制终止线程1来演示健壮性...\n");
    thread_data[0].terminate_signal = 1;
    pthread_kill(threads[0], SIGKILL);
    
    // 等待其他线程完成
    printf("等待其他线程完成...\n");
    for (int i = 1; i < 3; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    
    // 显示最终结果
    printf("\n最终结果:\n");
    printf("  计数器值: %d\n", resource.counter);
    printf("  活跃线程: %d\n", resource.active_threads);
    
    // 清理互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&resource.mutex);
    
    return 0;
}

int main() {
    return demo_pthread_robust_mutex();
}

示例3：健壮列表管理

#include <linux/futex.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdatomic.h>

/**
 * 自定义健壮列表节点
 */
typedef struct custom_robust_node {
    struct custom_robust_node *next;
    pthread_mutex_t *mutex;
    int node_id;
} custom_robust_node_t;

/**
 * 自定义健壮列表管理器
 */
typedef struct {
    struct robust_list_head head;
    custom_robust_node_t *nodes;
    int node_count;
    int max_nodes;
} robust_list_manager_t;

/**
 * 系统调用封装
 */
static inline long sys_set_robust_list(struct robust_list_head *head, size_t len) {
    return syscall(SYS_set_robust_list, head, len);
}

static inline long sys_get_robust_list(int pid, struct robust_list_head **head, size_t *len) {
    return syscall(SYS_get_robust_list, pid, head, len);
}

/**
 * 初始化健壮列表管理器
 */
int robust_list_init(robust_list_manager_t *manager, int max_nodes) {
    // 初始化列表头
    manager->head.list = NULL;
    manager->head.futex_offset = 0;
    manager->head.list_op_pending = 0;
    
    // 分配节点数组
    manager->nodes = calloc(max_nodes, sizeof(custom_robust_node_t));
    if (!manager->nodes) {
        perror("分配节点数组失败");
        return -1;
    }
    
    manager->node_count = 0;
    manager->max_nodes = max_nodes;
    
    // 设置健壮列表
    long result = sys_set_robust_list(&manager->head, sizeof(manager->head));
    if (result != 0) {
        printf("设置健壮列表失败: %s\n", strerror(errno));
        free(manager->nodes);
        return -1;
    }
    
    printf("健壮列表管理器初始化成功，最大节点数: %d\n", max_nodes);
    return 0;
}

/**
 * 添加互斥锁到健壮列表
 */
int robust_list_add_mutex(robust_list_manager_t *manager, pthread_mutex_t *mutex, int node_id) {
    if (manager->node_count >= manager->max_nodes) {
        printf("节点数已达上限\n");
        return -1;
    }
    
    int index = manager->node_count++;
    manager->nodes[index].mutex = mutex;
    manager->nodes[index].node_id = node_id;
    
    // 连接节点到列表
    if (index > 0) {
        manager->nodes[index-1].next = (struct robust_list*)&manager->nodes[index];
    }
    
    // 更新列表头
    manager->head.list = (struct robust_list*)&manager->nodes[0];
    
    printf("添加互斥锁到健壮列表，节点ID: %d\n", node_id);
    return 0;
}

/**
 * 演示健壮列表管理
 */
int demo_robust_list_management() {
    robust_list_manager_t manager;
    pthread_mutex_t mutex1, mutex2, mutex3;
    pthread_mutexattr_t attr;
    int result;
    
    printf("=== 健壮列表管理演示 ===\n");
    
    // 初始化管理器
    if (robust_list_init(&manager, 10) != 0) {
        return -1;
    }
    
    // 初始化互斥锁属性
    result = pthread_mutexattr_init(&attr);
    if (result != 0) {
        printf("初始化互斥锁属性失败: %s\n", strerror(result));
        return -1;
    }
    
    result = pthread_mutexattr_setrobust(&attr, PTHREAD_MUTEX_ROBUST);
    if (result != 0) {
        printf("设置健壮属性失败: %s\n", strerror(result));
        pthread_mutexattr_destroy(&attr);
        return -1;
    }
    
    // 创建多个健壮互斥锁
    printf("创建健壮互斥锁...\n");
    
    result = pthread_mutex_init(&mutex1, &attr);
    if (result != 0) {
        printf("初始化互斥锁1失败: %s\n", strerror(result));
        pthread_mutexattr_destroy(&attr);
        return -1;
    }
    
    result = pthread_mutex_init(&mutex2, &attr);
    if (result != 0) {
        printf("初始化互斥锁2失败: %s\n", strerror(result));
        pthread_mutex_destroy(&mutex1);
        pthread_mutexattr_destroy(&attr);
        return -1;
    }
    
    result = pthread_mutex_init(&mutex3, &attr);
    if (result != 0) {
        printf("初始化互斥锁3失败: %s\n", strerror(result));
        pthread_mutex_destroy(&mutex1);
        pthread_mutex_destroy(&mutex2);
        pthread_mutexattr_destroy(&attr);
        return -1;
    }
    
    pthread_mutexattr_destroy(&attr);
    
    // 将互斥锁添加到健壮列表
    robust_list_add_mutex(&manager, &mutex1, 1);
    robust_list_add_mutex(&manager, &mutex2, 2);
    robust_list_add_mutex(&manager, &mutex3, 3);
    
    // 测试互斥锁操作
    printf("测试互斥锁操作...\n");
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        result = pthread_mutex_lock(&mutex1);
        if (result == 0) {
            printf("成功获取互斥锁1\n");
            usleep(100000);
            pthread_mutex_unlock(&mutex1);
            printf("成功释放互斥锁1\n");
        } else if (result == EOWNERDEAD) {
            printf("检测到锁持有者异常终止，恢复一致性...\n");
            pthread_mutex_consistent(&mutex1);
            pthread_mutex_unlock(&mutex1);
        } else {
            printf("获取互斥锁1失败: %s\n", strerror(result));
        }
    }
    
    // 清理资源
    pthread_mutex_destroy(&mutex1);
    pthread_mutex_destroy(&mutex2);
    pthread_mutex_destroy(&mutex3);
    free(manager.nodes);
    
    printf("健壮列表管理演示完成\n");
    return 0;
}

int main() {
    return demo_robust_list_management();
}

示例4：异常终止处理演示

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>

/**
 * 共享资源结构
 */
typedef struct {
    pthread_mutex_t mutex;
    int shared_data;
    volatile int writer_active;
} shared_data_t;

/**
 * 初始化健壮互斥锁
 */
int init_robust_mutex(pthread_mutex_t *mutex) {
    pthread_mutexattr_t attr;
    int result;
    
    result = pthread_mutexattr_init(&attr);
    if (result != 0) {
        return -1;
    }
    
    result = pthread_mutexattr_setrobust(&attr, PTHREAD_MUTEX_ROBUST);
    if (result != 0) {
        pthread_mutexattr_destroy(&attr);
        return -1;
    }
    
    result = pthread_mutex_init(mutex, &attr);
    pthread_mutexattr_destroy(&attr);
    
    return result;
}

/**
 * 写者线程函数
 */
void* writer_thread(void *arg) {
    shared_data_t *data = (shared_data_t*)arg;
    int result;
    
    printf("写者线程启动 (PID: %d)\n", getpid());
    
    // 获取互斥锁
    result = pthread_mutex_lock(&data->mutex);
    if (result != 0) {
        printf("写者: 获取互斥锁失败: %s\n", strerror(result));
        return NULL;
    }
    
    printf("写者: 成功获取互斥锁\n");
    data->writer_active = 1;
    
    // 模拟长时间写操作
    printf("写者: 开始写操作...\n");
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        data->shared_data = i + 1;
        printf("写者: 写入数据 %d\n", data->shared_data);
        sleep(1);
    }
    
    // 正常释放互斥锁
    data->writer_active = 0;
    pthread_mutex_unlock(&data->mutex);
    printf("写者: 释放互斥锁\n");
    
    return NULL;
}

/**
 * 读者线程函数
 */
void* reader_thread(void *arg) {
    shared_data_t *data = (shared_data_t*)arg;
    int result;
    
    printf("读者线程启动 (PID: %d)\n", getpid());
    
    // 等待写者开始工作
    sleep(2);
    
    // 尝试获取互斥锁
    printf("读者: 尝试获取互斥锁...\n");
    result = pthread_mutex_lock(&data->mutex);
    
    if (result == EOWNERDEAD) {
        printf("读者: 检测到写者异常终止！\n");
        printf("读者: 正在恢复互斥锁一致性...\n");
        
        // 恢复互斥锁一致性
        result = pthread_mutex_consistent(&data->mutex);
        if (result == 0) {
            printf("读者: 成功恢复互斥锁一致性\n");
            printf("读者: 当前共享数据: %d\n", data->shared_data);
        } else {
            printf("读者: 恢复一致性失败: %s\n", strerror(result));
        }
    } else if (result == 0) {
        printf("读者: 成功获取互斥锁\n");
        printf("读者: 读取数据: %d\n", data->shared_data);
        pthread_mutex_unlock(&data->mutex);
    } else {
        printf("读者: 获取互斥锁失败: %s\n", strerror(result));
    }
    
    return NULL;
}

/**
 * 演示异常终止处理
 */
int demo_abnormal_termination() {
    shared_data_t data = {0};
    pthread_t writer_tid, reader_tid;
    int result;
    
    printf("=== 异常终止处理演示 ===\n");
    
    // 初始化健壮互斥锁
    if (init_robust_mutex(&data.mutex) != 0) {
        printf("初始化健壮互斥锁失败\n");
        return -1;
    }
    
    printf("成功初始化健壮互斥锁\n");
    
    // 创建写者进程
    pid_t writer_pid = fork();
    if (writer_pid == 0) {
        // 写者进程
        printf("写者进程启动\n");
        
        // 获取互斥锁
        result = pthread_mutex_lock(&data.mutex);
        if (result != 0) {
            printf("写者进程: 获取互斥锁失败: %s\n", strerror(result));
            exit(1);
        }
        
        printf("写者进程: 成功获取互斥锁\n");
        data.writer_active = 1;
        
        // 模拟工作一段时间后异常终止
        printf("写者进程: 开始工作，5秒后模拟异常终止...\n");
        sleep(5);
        
        printf("写者进程: 模拟异常终止（不释放锁）\n");
        // 注意：这里不调用pthread_mutex_unlock，模拟异常终止
        exit(1);  // 强制退出，不释放锁
    } else if (writer_pid > 0) {
        // 父进程（读者）
        printf("父进程（读者）启动\n");
        
        // 等待写者进程开始工作
        sleep(2);
        
        // 创建读者线程
        result = pthread_create(&reader_tid, NULL, reader_thread, &data);
        if (result != 0) {
            printf("创建读者线程失败: %s\n", strerror(result));
            kill(writer_pid, SIGKILL);
            pthread_mutex_destroy(&data.mutex);
            return -1;
        }
        
        // 等待写者进程异常终止
        int status;
        waitpid(writer_pid, &status, 0);
        printf("写者进程已终止 (状态: %d)\n", status);
        
        // 等待读者线程完成
        pthread_join(reader_tid, NULL);
        
        // 清理资源
        pthread_mutex_destroy(&data.mutex);
        
        printf("异常终止处理演示完成\n");
    } else {
        perror("fork 失败");
        pthread_mutex_destroy(&data.mutex);
        return -1;
    }
    
    return 0;
}

int main() {
    return demo_abnormal_termination();
}

示例5：健壮性测试工具

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>

/**
 * 健壮性测试配置
 */
typedef struct {
    int num_threads;
    int test_duration;
    int crash_probability;  // 0-100，表示异常终止概率
    int use_robust_mutex;
} robustness_test_config_t;

/**
 * 测试统计信息
 */
typedef struct {
    atomic_int lock_attempts;
    atomic_int lock_success;
    atomic_int lock_failures;
    atomic_int owner_dead_detected;
    atomic_int consistency_restored;
    atomic_int normal_terminations;
    atomic_int abnormal_terminations;
} test_stats_t;

/**
 * 测试线程数据
 */
typedef struct {
    int thread_id;
    pthread_mutex_t *mutex;
    test_stats_t *stats;
    robustness_test_config_t *config;
    volatile int *terminate_flag;
} test_thread_data_t;

/**
 * 初始化健壮互斥锁
 */
int init_test_mutex(pthread_mutex_t *mutex, int robust) {
    pthread_mutexattr_t attr;
    int result;
    
    result = pthread_mutexattr_init(&attr);
    if (result != 0) return result;
    
    if (robust) {
        result = pthread_mutexattr_setrobust(&attr, PTHREAD_MUTEX_ROBUST);
        if (result != 0) {
            pthread_mutexattr_destroy(&attr);
            return result;
        }
    }
    
    result = pthread_mutex_init(mutex, &attr);
    pthread_mutexattr_destroy(&attr);
    
    return result;
}

/**
 * 测试线程函数
 */
void* test_thread(void *arg) {
    test_thread_data_t *data = (test_thread_data_t*)arg;
    int result;
    
    printf("测试线程 %d 启动\n", data->thread_id);
    
    srand(time(NULL) + data->thread_id);
    
    while (!(*data->terminate_flag)) {
        // 尝试获取互斥锁
        atomic_fetch_add(&data->stats->lock_attempts, 1);
        result = pthread_mutex_lock(data->mutex);
        
        if (result == 0) {
            atomic_fetch_add(&data->stats->lock_success, 1);
            
            // 模拟持有锁的工作
            usleep(10000 + (rand() % 50000));  // 10-60ms
            
            // 随机决定是否异常终止（模拟崩溃）
            if (data->config->crash_probability > 0 && 
                rand() % 100 < data->config->crash_probability) {
                printf("线程 %d: 模拟异常终止\n", data->thread_id);
                atomic_fetch_add(&data->stats->abnormal_terminations, 1);
                exit(1);  // 模拟崩溃，不释放锁
            }
            
            // 正常释放锁
            pthread_mutex_unlock(data->mutex);
            atomic_fetch_add(&data->stats->normal_terminations, 1);
            
        } else if (result == EOWNERDEAD) {
            atomic_fetch_add(&data->stats->owner_dead_detected, 1);
            printf("线程 %d: 检测到锁持有者异常终止\n", data->thread_id);
            
            // 恢复一致性
            result = pthread_mutex_consistent(data->mutex);
            if (result == 0) {
                atomic_fetch_add(&data->stats->consistency_restored, 1);
                printf("线程 %d: 成功恢复锁一致性\n", data->thread_id);
                pthread_mutex_unlock(data->mutex);
            } else {
                atomic_fetch_add(&data->stats->lock_failures, 1);
                printf("线程 %d: 恢复一致性失败: %s\n", data->thread_id, strerror(result));
            }
        } else {
            atomic_fetch_add(&data->stats->lock_failures, 1);
            printf("线程 %d: 获取锁失败: %s\n", data->thread_id, strerror(result));
        }
        
        // 短暂休息
        usleep(10000 + (rand() % 20000));  // 10-30ms
    }
    
    printf("测试线程 %d 结束\n", data->thread_id);
    return NULL;
}

/**
 * 显示测试统计
 */
void show_test_statistics(test_stats_t *stats) {
    printf("\n=== 测试统计结果 ===\n");
    printf("锁尝试次数: %d\n", atomic_load(&stats->lock_attempts));
    printf("成功获取锁: %d\n", atomic_load(&stats->lock_success));
    printf("获取锁失败: %d\n", atomic_load(&stats->lock_failures));
    printf("检测到异常终止: %d\n", atomic_load(&stats->owner_dead_detected));
    printf("恢复一致性: %d\n", atomic_load(&stats->consistency_restored));
    printf("正常终止: %d\n", atomic_load(&stats->normal_terminations));
    printf("异常终止: %d\n", atomic_load(&stats->abnormal_terminations));
    
    if (atomic_load(&stats->lock_attempts) > 0) {
        double success_rate = (double)atomic_load(&stats->lock_success) / 
                             atomic_load(&stats->lock_attempts) * 100;
        printf("锁获取成功率: %.2f%%\n", success_rate);
    }
}

/**
 * 演示健壮性测试
 */
int demo_robustness_testing() {
    pthread_mutex_t mutex;
    pthread_t *threads;
    test_thread_data_t *thread_data;
    test_stats_t stats = {0};
    volatile int terminate_flag = 0;
    
    robustness_test_config_t config = {
        .num_threads = 5,
        .test_duration = 30,  // 30秒
        .crash_probability = 5,  // 5%概率异常终止
        .use_robust_mutex = 1
    };
    
    printf("=== 健壮性测试工具 ===\n");
    printf("测试配置:\n");
    printf("  线程数: %d\n", config.num_threads);
    printf("  测试时长: %d 秒\n", config.test_duration);
    printf("  异常终止概率: %d%%\n", config.crash_probability);
    printf("  使用健壮互斥锁: %s\n", config.use_robust_mutex ? "是" : "否");
    
    // 初始化互斥锁
    if (init_test_mutex(&mutex, config.use_robust_mutex) != 0) {
        printf("初始化互斥锁失败\n");
        return -1;
    }
    
    // 分配线程数组
    threads = malloc(config.num_threads * sizeof(pthread_t));
    thread_data = malloc(config.num_threads * sizeof(test_thread_data_t));
    if (!threads || !thread_data) {
        printf("分配内存失败\n");
        pthread_mutex_destroy(&mutex);
        free(threads);
        free(thread_data);
        return -1;
    }
    
    // 创建测试线程
    printf("创建 %d 个测试线程...\n", config.num_threads);
    
    for (int i = 0; i < config.num_threads; i++) {
        thread_data[i].thread_id = i + 1;
        thread_data[i].mutex = &mutex;
        thread_data[i].stats = &stats;
        thread_data[i].config = &config;
        thread_data[i].terminate_flag = &terminate_flag;
        
        int result = pthread_create(&threads[i], NULL, test_thread, &thread_data[i]);
        if (result != 0) {
            printf("创建线程 %d 失败: %s\n", i + 1, strerror(result));
            // 清理已创建的线程
            terminate_flag = 1;
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                pthread_join(threads[j], NULL);
            }
            pthread_mutex_destroy(&mutex);
            free(threads);
            free(thread_data);
            return -1;
        }
    }
    
    // 运行测试
    printf("开始测试，持续 %d 秒...\n", config.test_duration);
    sleep(config.test_duration);
    
    // 停止测试
    printf("停止测试...\n");
    terminate_flag = 1;
    
    // 等待所有线程结束
    for (int i = 0; i < config.num_threads; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    
    // 显示统计结果
    show_test_statistics(&stats);
    
    // 清理资源
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    free(threads);
    free(thread_data);
    
    return 0;
}

int main() {
    return demo_robustness_testing();
}

set_robust_list 使用注意事项

系统要求：

  1. 内核版本: 需要Linux 2.6.17或更高版本
  2. 架构支持: 支持所有主流架构
  3. 编译环境: 需要正确的系统头文件

功能限制：

  1. FUTEX支持: 需要内核支持FUTEX同步原语
  2. pthread支持: 需要支持健壮互斥锁的pthread实现
  3. 权限要求: 通常不需要特殊权限

错误处理：

  1. ENOSYS: 系统不支持健壮列表功能
  2. EINVAL: 参数无效
  3. EFAULT: 指针参数无效
  4. ENOMEM: 内存不足

性能考虑：

  1. 开销: 健壮互斥锁比普通互斥锁有额外开销
  2. 列表维护: 需要维护健壮列表结构
  3. 异常处理: 异常终止时需要额外处理时间

最佳实践：

  1. 选择性使用: 只在需要健壮性的场景使用
  2. 正确处理: 妥善处理EOWNERDEAD错误
  3. 及时清理: 正常情况下及时释放互斥锁
  4. 测试验证: 充分测试异常场景下的行为

健壮互斥锁工作原理

1. 正常操作流程：

线程A获取锁 -> 执行临界区 -> 释放锁 -> 线程B获取锁

2. 异常终止处理：

线程A获取锁 -> 异常终止(未释放锁) -> 内核检测 -> 自动释放锁 -> 线程B获取锁时得到EOWNERDEAD -> 调用pthread_mutex_consistent -> 恢复正常使用

3. 关键数据结构：

// 健壮列表头
struct robust_list_head {
    struct robust_list *list;        // 列表指针
    long futex_offset;               // futex偏移量
    unsigned long list_op_pending;   // 待处理操作
};

// 列表节点
struct robust_list {
    struct robust_list *next;        // 下一个节点
};

常见使用场景

1. 服务器应用：

// 为关键资源使用健壮互斥锁，防止服务器进程崩溃导致死锁
pthread_mutexattr_setrobust(&attr, PTHREAD_MUTEX_ROBUST);

2. 数据库系统：

// 保护数据库连接和事务资源，确保异常终止时资源能被正确释放

3. 实时系统：

// 在实时应用中确保关键资源不会因为进程异常而永久锁定

错误处理指南

EOWNERDEAD处理：

int result = pthread_mutex_lock(&mutex);
if (result == EOWNERDEAD) {
    // 检测到锁持有者异常终止
    result = pthread_mutex_consistent(&mutex);
    if (result == 0) {
        // 成功恢复一致性，可以正常使用锁
        // 注意：锁保护的数据可能处于不一致状态
    } else {
        // 恢复失败，应该释放锁并处理错误
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
}

总结

set_robust_list 和相关的健壮互斥锁机制提供了：

  1. 故障恢复: 进程异常终止时自动释放互斥锁
  2. 死锁预防: 防止因进程崩溃导致的永久阻塞
  3. 系统稳定性: 提高多线程应用的可靠性
  4. 透明处理: 对应用层提供相对透明的健壮性保证

通过合理使用健壮互斥锁，可以构建更加可靠的多线程应用程序，特别是在需要长时间运行和高可用性的系统中表现出色。在实际应用中，需要注意性能开销和正确的错误处理。

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