时间:2023-05-31 来源:网络 人气:
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