读写锁

    技术2022-05-20  70

    特性:     读写锁也叫共享——排他锁,因为有3种状态, 所以可以有更高的并行性。使用mutex,它的状态要么处于锁住和未锁状态,只有一个线程可以上锁。而读写锁有更多的状态:在读状态锁住,在写状态锁住,未锁住。只有一个线程可以获得写锁,多个线程可以同时获得读锁。 • 当读写锁是写加锁状态时, 在这个锁被解锁之前, 所有试图对这个锁加锁的线程都会被阻塞。 • 当读写锁在读加锁状态时, 所有试图以读模式对它进行加锁的线程都可以得到访问权, 但是如果线程希望以写模式对此锁进行加锁, 它必须阻塞知道所有的线程释放锁。 • 通常, 当读写锁处于读模式锁住状态时, 如果有另外线程试图以写模式加锁, 读写锁通常会阻塞随后的读模式锁请求, 这样可以避免读模式锁长期占用, 而等待的写模式锁请求长期阻塞。 适用性:     读写锁适合读比写频繁情形。读写锁和互斥量一样也需要在使用前初始化,在释放他们内存的时候销毁。 初始化和销毁:

    C++代码   int  pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,  const  pthread_rwlockattr_t *restrict attr);    int  pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *restrict rwlock);   int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr); int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *restrict rwlock);

        一个读写锁可以调用pthread_rwlock_init来初始化,我们可以传递NULL作为attr的参数,这样会使用读写锁的默认属性。我们可以调用pthread_rwlock_destroy来清理,销毁它所占的内存空间。 读和写:

    C++代码   int  pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);     int  pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);     int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

        实现上可能会对读写锁中读模式的锁锁住次数有一定的限制,所以我们需要检查返回值,以确定是否成功。而其他的两个函数会返回错误,但是只要我们的锁设计的恰当,我们可以不必做检查。 非阻塞的函数为:

    C++代码   int  pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);     int  pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);   int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

        当锁成功获取时,返回0,否则返回EBUSY。这两个函数可以避免死锁。     如果针对未初始化的读写锁调用进行读写操作,则结果是不确定的。 释放:

    C++代码   int  pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);   int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

        用来释放在 rwlock 引用的读写锁对象中持有的锁。     如果调用线程未持有读写锁 rwlock,或者针对未初始化的读写锁调用该函数,则结果是不确定的。 例子:

    C++代码   #define   _XOPEN_SOURCE   500      #include   <pthread.h>      #define   PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER_READ_PREF { {0, 0}, 0, NULL, NULL, NULL, PTHREAD_RWLOCK_PREFER_READER_NP,   PTHREAD_PROCESS_PRIVATE   }              static    pthread_rwlock_t   a   =   PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;             void    *route_3   ( void    *p)       {              sleep(2);              printf("locking   3   =   %d/n" ,   pthread_rwlock_rdlock(&a));              pause();              return    NULL;       }             void    *route_2   ( void    *p)       {              sleep(1);              printf("locking   2   =   %d/n" ,   pthread_rwlock_wrlock(&a));              pause();              return    NULL;       }             void    *route_1   ( void    *p)       {              printf("locking   1   =   %d/n" ,   pthread_rwlock_rdlock(&a));              pause();              return    NULL;       }             main()       {              pthread_t   t1,   t2,   t3;              pthread_create(&t1,   NULL,   route_1,   NULL);              pthread_create(&t2,   NULL,   route_2,   NULL);              pthread_create(&t3,   NULL,   route_3,   NULL);              pthread_join(t1,   NULL);              pthread_join(t2,   NULL);              pthread_join(t3,   NULL);       }    #define _XOPEN_SOURCE 500 #include <pthread.h> #define PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER_READ_PREF { {0, 0}, 0, NULL, NULL, NULL, PTHREAD_RWLOCK_PREFER_READER_NP, PTHREAD_PROCESS_PRIVATE } static pthread_rwlock_t a = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER; void *route_3 (void *p) { sleep(2); printf("locking 3 = %d/n", pthread_rwlock_rdlock(&a)); pause(); return NULL; } void *route_2 (void *p) { sleep(1); printf("locking 2 = %d/n", pthread_rwlock_wrlock(&a)); pause(); return NULL; } void *route_1 (void *p) { printf("locking 1 = %d/n", pthread_rwlock_rdlock(&a)); pause(); return NULL; } main() { pthread_t t1, t2, t3; pthread_create(&t1, NULL, route_1, NULL); pthread_create(&t2, NULL, route_2, NULL); pthread_create(&t3, NULL, route_3, NULL); pthread_join(t1, NULL); pthread_join(t2, NULL); pthread_join(t3, NULL); }

    C++代码   #include <errno.h>    #include <pthread.h>       static  pthread_rwlock_t listlock;   static   int  lockiniterror = 0;   static  pthread_once_t lockisinitialized = PTHREAD_ONCE_INIT;      static   void  ilock( void ) {      lockiniterror = pthread_rwlock_init(&listlock, NULL);   }      int  initialize_r( void ) {     /* must be called at least once before using list */       if  (pthread_once(&lockisinitialized, ilock))         lockiniterror = EINVAL;      return  lockiniterror;   }      int  accessdata_r( void ) {                /* get a nonnegative key if successful */       int  error;      int  errorkey = 0;      int  key;      if  (error = pthread_rwlock_wrlock(&listlock)) {   /* no write lock, give up */          errno = error;         return  -1;      }      key = accessdata();      if  (key == -1) {         errorkey = errno;         pthread_rwlock_unlock(&listlock);         errno = errorkey;         return  -1;      }      if  (error = pthread_rwlock_unlock(&listlock)) {         errno = error;         return  -1;      }      return  key;   }      int  adddata_r(data_t data) {           /* allocate a node on list to hold data */       int  error;      if  (error = pthread_rwlock_wrlock(&listlock)) {  /* no writer lock, give up */          errno = error;         return  -1;      }      if  (adddata(data) == -1) {         error = errno;         pthread_rwlock_unlock(&listlock);         errno = error;         return  -1;      }      if  (error = pthread_rwlock_unlock(&listlock)) {         errno = error;         return  -1;      }      return  0;   }      int  getdata_r( int  key, data_t *datap) {                /* retrieve node by key */       int  error;      if  (error = pthread_rwlock_rdlock(&listlock)) {  /* no reader lock, give up */          errno = error;         return  -1;      }      if  (getdata(key, datap) == -1) {         error = errno;         pthread_rwlock_unlock(&listlock);         errno = error;         return  -1;      }      if  (error = pthread_rwlock_unlock(&listlock)) {         errno = error;         return  -1;      }      return  0;   }      int  freekey_r( int  key) {                                       /* free the key */       int  error;      if  (error = pthread_rwlock_wrlock(&listlock)) {         errno = error;         return  -1;      }      if  (freekey(key) == -1) {         error = errno;         pthread_rwlock_unlock(&listlock);         errno = error;         return  -1;      }      if  (error = pthread_rwlock_unlock(&listlock)) {         errno = error;         return  -1;      }      return  0;   }   #include <errno.h> #include <pthread.h> static pthread_rwlock_t listlock; static int lockiniterror = 0; static pthread_once_t lockisinitialized = PTHREAD_ONCE_INIT; static void ilock(void) { lockiniterror = pthread_rwlock_init(&listlock, NULL); } int initialize_r(void) { /* must be called at least once before using list */ if (pthread_once(&lockisinitialized, ilock)) lockiniterror = EINVAL; return lockiniterror; } int accessdata_r(void) { /* get a nonnegative key if successful */ int error; int errorkey = 0; int key; if (error = pthread_rwlock_wrlock(&listlock)) { /* no write lock, give up */ errno = error; return -1; } key = accessdata(); if (key == -1) { errorkey = errno; pthread_rwlock_unlock(&listlock); errno = errorkey; return -1; } if (error = pthread_rwlock_unlock(&listlock)) { errno = error; return -1; } return key; } int adddata_r(data_t data) { /* allocate a node on list to hold data */ int error; if (error = pthread_rwlock_wrlock(&listlock)) { /* no writer lock, give up */ errno = error; return -1; } if (adddata(data) == -1) { error = errno; pthread_rwlock_unlock(&listlock); errno = error; return -1; } if (error = pthread_rwlock_unlock(&listlock)) { errno = error; return -1; } return 0; } int getdata_r(int key, data_t *datap) { /* retrieve node by key */ int error; if (error = pthread_rwlock_rdlock(&listlock)) { /* no reader lock, give up */ errno = error; return -1; } if (getdata(key, datap) == -1) { error = errno; pthread_rwlock_unlock(&listlock); errno = error; return -1; } if (error = pthread_rwlock_unlock(&listlock)) { errno = error; return -1; } return 0; } int freekey_r(int key) { /* free the key */ int error; if (error = pthread_rwlock_wrlock(&listlock)) { errno = error; return -1; } if (freekey(key) == -1) { error = errno; pthread_rwlock_unlock(&listlock); errno = error; return -1; } if (error = pthread_rwlock_unlock(&listlock)) { errno = error; return -1; } return 0; }

    C++代码   #include <pthread.h>     #include <sys/types.h>    #include <sys/stat.h> //文件状态结构    #include <unistd.h>    #include <sys/mman.h> //mmap头文件          #define BSIZE 10    typedef   struct  {   char  buf[BSIZE];   int  occupied;   int  nextin;   int  nextout;   pthread_mutex_t mutex;   pthread_cond_t more;   pthread_cond_t less;   } buffer_t;      char  consumer(buffer_t *b)   {       char  item;       pthread_mutex_lock(&b->mutex);       while (b->occupied <= 0)       pthread_cond_wait(&b->more, &b->mutex);       assert(b->occupied > 0);       item = b->buf[b->nextout++];       b->nextout %= BSIZE;       b->occupied--;       /* now: either b->occupied > 0 and b->nextout is the index       of the next occupied slot in the buffer, or       b->occupied == 0 and b->nextout is the index of the next       (empty) slot that will be filled by a producer (such as       使用条件变量       120 多线程编程指南• 2006年10月       示例4–13 生成方和使用者问题:使用者(续)       b->nextout == b->nextin) */        pthread_cond_signal(&b->less);       pthread_mutex_unlock(&b->mutex);       return (item);   }      void  producer(buffer_t *b,  char  item)   {       pthread_mutex_lock(&b->mutex);       while  (b->occupied >= BSIZE)       pthread_cond_wait(&b->less, &b->mutex);        assert(b->occupied < BSIZE);       b->buf[b->nextin++] = item;       b->nextin %= BSIZE;       b->occupied++;       /* now: either b->occupied < BSIZE and b->nextin is the index       of the next empty slot in the buffer, or       b->occupied == BSIZE and b->nextin is the index of the       next (occupied) slot that will be emptied by a consumer       (such as b->nextin == b->nextout) */        pthread_cond_signal(&b->more);       pthread_mutex_unlock(&b->mutex);   }      void  producer_driver(buffer_t *b) {       int  item;       while  (1) {           item = getchar();           if  (item == EOF) {               producer(b, ‘/0’);           break ;       } else            producer(b, (char )item);       }          return  0   }      void  consumer_driver(buffer_t *b) {       char  item;               while  (1) {           if  ((item = consumer(b)) == ’/0’)           break ;           putchar(item);       }   }      int  main() {       int  zfd;       buffer_t *buffer;              pthread_mutexattr_t mattr;       pthread_condattr_t cvattr_less, cvattr_more;              zfd = open("/dev/zero" , O_RDWR);       buffer = (buffer_t *)mmap(NULL, sizeof (buffer_t),PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, zfd, 0);          buffer->occupied = buffer->nextin = buffer->nextout = 0;          pthread_mutex_attr_init(&mattr);       pthread_mutexattr_setpshared(&mattr,PTHREAD_PROCESS_SHARED);       pthread_mutex_init(&buffer->lock, &mattr);          pthread_condattr_init(&cvattr_less);       pthread_condattr_setpshared(&cvattr_less, PTHREAD_PROCESS_SHARED);       pthread_cond_init(&buffer->less, &cvattr_less);          pthread_condattr_init(&cvattr_more);       pthread_condattr_setpshared(&cvattr_more,PTHREAD_PROCESS_SHARED);       pthread_cond_init(&buffer->more, &cvattr_more);           if  (fork() == 0)           consumer_driver(buffer);       else            producer_driver(buffer);         } 

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