linux之线程同步二读写锁头歌

    在多线程编程中，线程同步是一个非常重要的问题。而读写锁（RWLock）是线程同步的一种方式，它可以提高程序的并发性能。本文将深入介绍Linux中的读写锁实现——二读写锁（R/WSemaphore）。

    一、读写锁概述

    在多线程编程中，如果多个线程同时访问共享数据，就需要进行同步操作，以避免数据不一致或者竞争条件等问题。而传统的互斥锁（Mutex）虽然可以保证数据访问的原子性和排他性，但是对于读操作比较频繁的场景，会带来性能上的瓶颈。因此，就需要使用读写锁来解决这个问题。

    读写锁分为两种类型：共享锁（ReadLock）和排他锁（WriteLock）。共享锁用于保护共享资源的读操作，可以被多个线程同时持有；而排他锁用于保护共享资源的写操作，只能被单个线程持有。这样，在读操作比较频繁的情况下，多个线程可以同时持有共享锁进行访问，从而提高了程序的并发性能。

    二、Linux内核中的读写锁实现

    Linux内核中的读写锁实现有多种方式，其中最常用的是二读写锁（R/WSemaphore）。这种锁的实现比较简单，可以通过信号量机制来实现。在Linux内核中，每个进程都有一个信号量集合，其中包含多个信号量，每个信号量都是一个整数值。当一个进程需要使用某个共享资源时，可以通过操作相应的信号量来进行同步。

    二读写锁由两个信号量组成：一个用于保护共享资源的读操作（读信号量），另一个用于保护共享资源的写操作（写信号量）。读操作和写操作分别对应着两种类型的锁：共享锁和排他锁。在读操作时，需要获取读信号量；而在写操作时，则需要获取写信号量。当一个线程持有读信号量时，其他线程也可以继续持有读信号量进行访问；但是当一个线程持有写信号量时，则其他线程无法获得任何一种类型的锁。

    三、二读写锁实现原理

    在Linux内核中，二读写锁的实现依赖于信号量机制。每个二读写锁由两个信号量组成：一个用于保护共享资源的读操作（read_sem），另一个用于保护共享资源的写操作（write_sem）。这两个信号量的初值都为1。

    在读操作时，需要获取读信号量。如果此时没有其他线程持有写信号量，则可以直接获取读信号量，并进行读操作；否则就需要等待写信号量被释放后再进行访问。当一个线程持有读信号量时，其他线程也可以继续持有读信号量进行访问，不会造成阻塞。

    在写操作时，需要获取写信号量。如果此时没有其他线程持有任何一种类型的锁，则可以直接获取写信号量，并进行写操作；否则就需要等待所有锁都被释放后再进行访问。当一个线程持有写信号量时，其他线程无法获得任何一种类型的锁，会被阻塞。

    四、二读写锁使用示例

    下面是一个简单的二读写锁使用示例：

    #include<pthread.h>

    #include<stdio.h>

    #include<stdlib.h>

    #include<unistd.h>

    #include<semaphore.h>

    staticintcount=0;//共享资源

    staticsem_tread_sem,write_sem;//二读写锁

    void*reader(void*arg)

    {

    intid=*(int*)arg;

    while(1){

    sem_wait(&read_sem);//获取读信号量

    printf("Reader%d:count=%d\n",id,count);

    sem_post(&read_sem);//释放读信号量

    usleep(1000000);//模拟读操作

    }

    }

    void*writer(void*arg)

    {

    intid=*(int*)arg;

    while(1){

    sem_wait(&write_sem);//获取写信号量

    count++;

    printf("Writer%d:count=%d\n",id,count);

    sem_post(&write_sem);//释放写信号量

    usleep(1000000);//模拟写操作

    }

    }

    intmain(intargc,char**argv)

    {

    pthread_tr1,r2,w1,w2;

    intr1_id=1,r2_id=2,w1_id=1,w2_id=2;

    sem_init(&read_sem,0,1);

    sem_init(&write_sem,0,1);

    pthread_create(&r1,NULL,reader,&r1_id);

    pthread_create(&r2,NULL,reader,&r2_id);

    pthread_create(&w1,NULL,writer,&w1_id);

    pthread_create(&w2,NULL,writer,&w2_id);

    pthread_join(r1,NULL);

    pthread_join(r2,NULL);

    pthread_join(w1,NULL);

    pthread_join(w2,NULL);

    sem_destroy(&read_sem);

    sem_destroy(&write_sem);

    return0;

    }

    在上面的示例中，我们创建了两个读线程和两个写线程，并使用二读写锁保护共享资源count。读线程每隔一秒钟就会读取一次count的值，并输出到屏幕上；而写线程每隔一秒钟就会对count进行加一操作，并输出到屏幕上。通过使用二读写锁，我们可以保证多个读线程可以同时持有读锁进行访问，而写线程则会阻塞其他线程的访问，从而保证了共享资源的正确性。

    五、总结

    本文深入介绍了Linux内核中二读写锁的实现原理和使用方法。通过对其实现原理的分析，我们可以更好地理解它的工作原理，并在实际编程中灵活运用它来提高程序的并发性能。当然，在使用二读写锁时也需要注意一些细节问题，比如死锁、优先级反转等问题，这些问题需要我们在编程中认真考虑和避免。

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