如何在 Linux 系统中实现高效的进程读写锁机制?

1、基本概念

如何在 Linux 系统中实现高效的进程读写锁机制?插图1

读锁(共享锁):多个线程可以同时获得读锁,这意味着,如果一个共享资源被读锁锁定,其他请求读锁的线程也可以获得读锁并访问该资源。

写锁(排他锁):一次只能有一个线程持有写锁,如果一个共享资源被写锁锁定,其他线程的写锁请求将被阻塞,直到当前写锁被释放。

2、工作原理

计数器:用于跟踪当前有多少读线程正在持有读锁,当计数器大于0时,表示有读线程正在访问资源,此时不允许写线程获取锁;当计数器为0时,表示没有读线程持有锁,写线程可以尝试获取锁。

写锁标志:用于标记是否有写线程正在持有锁或者有写线程正在等待获取锁,当写锁标志为真时,所有读线程和写线程都将被阻塞,直到写线程释放锁。

底层互斥锁和条件变量:读写锁通常会使用一个互斥锁来保护其内部状态(如计数器和写锁标志),以及一个或多个条件变量来实现线程间的等待和唤醒机制。

3、典型实现

如何在 Linux 系统中实现高效的进程读写锁机制?插图3

互斥锁(Mutex):用于保护读写锁的内部状态,如读计数器和写锁状态。

读计数器(Read Counter):记录当前持有读锁的线程数量。

条件变量(Condition Variable):用于实现线程的等待和通知机制,会有两个条件变量,一个用于读线程,一个用于写线程。

4、相关API

pthread_rwlock_init:初始化读写锁,成功时返回0,失败时返回错误码。

pthread_rwlock_destroy:销毁读写锁,成功时返回0,失败时返回错误码。

pthread_rwlock_rdlock:加读锁,成功时返回0,失败时返回错误码,如果锁被其他线程以写模式持有,则调用线程将被阻塞。

如何在 Linux 系统中实现高效的进程读写锁机制?插图5

pthread_rwlock_wrlock:加写锁,成功时返回0,失败时返回错误码,如果锁被其他线程以读模式或写模式持有,则调用线程将被阻塞。

pthread_rwlock_tryrdlock:尝试加读锁(非阻塞),成功时返回0,如果锁不可用,则返回EBUSY。

读写锁是一种高效的同步机制,适用于读操作远多于写操作的场景,通过合理使用读写锁,可以显著提高程序的并发性能。

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