pthread_rwlock_t 升级

    多线程编程中，读写锁是一种常用的同步机制。而在Linux系统中，pthread_rwlock_t就是一个常见的读写锁类型。然而，随着计算机硬件性能的不断提升和应用场景的变化，传统的pthread_rwlock_t已经无法满足现代多线程应用的需求。本文将介绍如何升级pthread_rwlock_t，以提高多线程读写锁的效率。

    背景

    在传统的pthread_rwlock_t中，读者和写者都需要获得锁才能访问共享资源。这种方式虽然简单易用，但是在并发量较大时会导致性能瓶颈。因为读者之间是互相不干扰的，所以只有写者需要互斥。如果能够将读者之间的互斥消除掉，就可以大大提高并发效率。

    方案

    为了消除读者之间的互斥，我们可以使用一种新型的读写锁——Read-Copy-Update（RCU）锁。RCU锁是一种乐观锁，在读取共享资源时不需要加锁，而是通过复制数据来实现并发访问。具体来说，当有写操作时，RCU锁会将原有的共享资源复制一份，然后在新的副本上进行修改。对于读操作，RCU锁会使用引用计数来跟踪每个读者是否已经完成读取操作，以便在所有读者都完成读取之后，回收旧的资源。

    实现

    下面是使用pthread_rwlock_t实现RCU锁的示例代码：

    #include<pthread.h>

    typedefstruct{

    pthread_rwlock_trwlock;

    void*data;

    }rcu_lock_t;

    voidrcu_read_lock(rcu_lock_t*lock){

    pthread_rwlock_rdlock(&lock->rwlock);

    }

    voidrcu_read_unlock(rcu_lock_t*lock){

    pthread_rwlock_unlock(&lock->rwlock);

    }

    voidrcu_write_lock(rcu_lock_t*lock){

    void*old_data=lock->data;

    void*new_data=malloc(sizeof(*new_data));

    //复制数据

    memcpy(new_data,old_data,sizeof(*new_data));

    //获取写锁

    pthread_rwlock_wrlock(&lock->rwlock);

    //更新数据

    lock->data=new_data;

    //释放旧数据

    free(old_data);

    }

    voidrcu_write_unlock(rcu_lock_t*lock){

    pthread_rwlock_unlock(&lock->rwlock);

    }

    在这个示例代码中，我们将RCU锁封装成了一个rcu_lock_t结构体。其中，rwlock是传统的pthread_rwlock_t类型的读写锁，data是共享资源。当使用rcu_read_lock和rcu_read_unlock函数时，只需要获得读锁即可。而在使用rcu_write_lock和rcu_write_unlock函数时，会先复制共享资源，然后获取写锁进行修改。

    优势

    相较于传统的pthread_rwlock_t，RCU锁具有以下优势：

    1.读者之间不需要互斥，大大提高了并发效率；

    2.写者只需要在修改时进行互斥，也减少了锁冲突的可能性；

    3.RCU锁可以通过引用计数来跟踪读者的状态，避免了传统读写锁中的“惊群”现象。

    风险

    虽然RCU锁能够提高多线程读写锁的效率，但是也存在一些风险：

    1.复制数据会增加内存占用，可能会导致系统性能下降；

    2.在修改共享资源时，需要保证所有读者都已经完成读取操作。如果某个读者一直没有完成读取操作，则会卡住写者线程。

    结论

    在多线程编程中，读写锁是一种常见的同步机制。为了提高并发效率，我们可以使用一种新型的读写锁——RCU锁。RCU锁通过消除读者之间的互斥来提高并发效率。同时，RCU锁也存在一定风险，在使用时需要注意。

    参考文献：

    1.Linux内核中的RCU机制，https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-rcu/

    2.RCU的简介和实现原理，https://zhuanlan.zhihu.

whatsapp官网版下载：https://cjge-manuscriptcentral.com/software/2949.html