例说读者写者模型
来源:互联网 发布:orcal数据库设计工具 编辑:程序博客网 时间:2024/05/13 13:21
前面我们学习了生产者和消费者模型,想了解一下的可以去看看这篇客:
http://blog.csdn.net/bit_clearoff/article/details/55805884
什么是读者写者模型
读者和写者模型是操作系统中的一种同步与互斥机制,它与消费者和生产者模型类似,但也有不同的地方,最明显的一个特点是在读者写者模型中,多个多者之间可以共享“仓库”,读者与读者之间采用了并行机制;而在消费者和生产者模型中,消费者只能有一个独占仓库,消费者与消费者是竞争关系。下图展示了读者与写者模型:
读者写者模型的要具有的条件
- 写者是排它性的,即在有多个写者的情况下,只能有一个写者占有“仓库”;
- 读者的并行机制:可以运行多个读者去访问仓库;
- 如果读者占有了仓库,那么写者则不能占有;
读者写者模型的关系
- 读者优先:读者先来读取数据,此时写者处于阻塞状态,当读者都读取完数据后且没有读者了时写者才能访问仓库;
- 写者优先:类似与读者优先的情况;
- 公平情况:写者与读者访问“仓库”优先级相等,谁先进入优先级队列谁先访问;
读写锁
什么是读写锁
读写锁与互斥量类似,不过读写锁允许更高的并行性。它有三种状态:读模式下加锁状态、写模式下加锁状态、不加锁状态,另外,一次只有一个线程可以占用写模式下的读写锁,但是可以有多个线程可以占有读模式下的读写锁。
读写锁状态
- 写加锁状态:当处于写加锁状态时,在被解锁之前,所有试图对锁进行访问的进行都会被阻塞;
- 读加锁状态:当处于读加锁状态时,所有试图以读模式对这个锁进行访问的线程都可以获得访问权,但是任何以写模式对此锁进行访问的线程都会被阻塞,直到所有的线程都释放他们的读状态锁为止。
注意:当读写锁处于读模式加锁的状态时,这时有一个线程试图以写模式来获取锁,读写锁通常会阻塞随后的读模式锁请求,这样做事为了避免读模式锁长期占用资源,导致写模式饥饿。
读写锁的接口
1. 读写锁的类型
在Linux系统下,读写锁被定义为pthread_rwlock_t类型,但是其本质上还是一个内存计数器。
2. 读写锁的初始化
使用pthread_rwlock_init函数进行初始化;
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr); //return val: success return zero
参数attr表示的是初始化读写锁的属性,如果想使用默认属性,直接将该参数设置为NULL即可。
另外在single UNIX Specification中,在XSI还扩展了用PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER宏来进行初始化。
3. 读写锁的销毁
在释放读写锁的内存前,需要调用pthread_rwlock_destroy函数来对读写锁进行清理工作,在清理函数中一般是释放初始化函数对读写锁分配的资源。
4. 读模式下锁定读写锁
由于读加锁和写加锁这两种状态的实现机制不同,所以他们的加锁函数也就不相同,下面是读加锁函数
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//成功返回0,失败返回错误码
使用时的注意事项:因为操作系统对读者数量有限制,所以当我们使用读加锁函数时最好能判断一下返回值。
5. 写加锁函数
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//返回值:成功返回0,失败返回错误码
6. 解锁函数
对于读加锁写加锁而言,他们所使用的解锁函数都是相同的。
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock); //返回值:成功返回0,失败返回错误码。
相关案例
为了演示本文中提到的读者和写者模型,我做了下面的测试案例,使用线程来模拟读者和写者,使用链表来模拟读者和写着交换数据的仓库,写者负责向链表中添加数据,而读者负责从链表中读取数据,我们来看看使用读写锁后的测试结果:
下面给出案例代码:
//读者和写者场景模拟代码
/************************************************************************* > File Name: Read_Write.c > Author: LZH > Mail: 597995302@qq.com > Created Time: Sun 19 Feb 2017 10:56:59 PM PST ************************************************************************/#include "myList.h"#include<pthread.h>//int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);//int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);pthread_rwlock_t lock;void* Pthread_Write(void* arg){ Node_p head=(Node_p)arg; while(1) { sleep(1); int ret=pthread_rwlock_wrlock(&lock); if(ret!=0){ perror("wrlock error..\n"); return (void*) -1; } int data1=rand()%1000; int data2=rand()%1000; PushHead(head,data1); PushHead(head,data2); sleep(1); printf("Writer write data:%d,%d to list.\n",data1,data2); pthread_rwlock_unlock(&lock); } return (void*) 0;}void* Pthread_Read1(void* arg){ Node_p head=(Node_p)arg; while(1) { sleep(1); int ret=pthread_rwlock_rdlock(&lock); if(ret!=0){ perror("rdlock error..\n"); return (void*) -1; } int data=0; PopHead(head,&data); sleep(1); printf("Reader1 receive data:%d from list.\n",data); pthread_rwlock_unlock(&lock); } return (void*) 0;}void* Pthread_Read2(void* arg){ Node_p head=(Node_p)arg; while(1) { sleep(1); int ret=pthread_rwlock_rdlock(&lock); if(ret!=0){ perror("rdlock error..\n"); return (void*) -1; } int data=0; PopHead(head,&data); sleep(1); printf("Reader2 receive data:%d from list.\n",data); pthread_rwlock_unlock(&lock); } return (void*) 0;}int main(){ printf("Read and Write model...\n"); Node_p head; ListInit(&head); printf("lock:%d\n",lock); pthread_t tid1,tid2,tid3; pthread_rwlock_init(&lock,NULL); pthread_create(&tid1,NULL,Pthread_Write,(void*)head); pthread_create(&tid2,NULL,Pthread_Read1,(void*)head); pthread_create(&tid3,NULL,Pthread_Read2,(void*)head); pthread_join(tid1,NULL); pthread_join(tid2,NULL); pthread_join(tid3,NULL); pthread_rwlock_destroy(&lock); return 0;}
//链表源文件
#include "myList.h"Node_p AllocNode(int data){ Node_p NewNode=(Node_p)malloc(sizeof(Node)); if(NewNode==NULL) { perror("malloc..\n"); return ; } NewNode->data=data; NewNode->next=NULL; return NewNode;}int IsEmpty(Node_p list){ assert(list); if(list->next!=NULL) { return 0; } else { return 1; }}void ListInit(Node_pp head){ *head=AllocNode(0); }void PushHead(Node_p list,int data){ assert(list); Node_p NewNode=AllocNode(data); NewNode->next=list->next; list->next=NewNode;}void DelNode(Node_p node){ assert(node); free(node); node=NULL;}void PopHead(Node_p list,int *data){ assert(data); if(IsEmpty(list)) { printf("the list empty..\n"); return; } Node_p dNode=list->next; list->next=dNode->next; *data=dNode->data; DelNode(dNode);}void ShowList(Node_p list){ assert(list); Node_p cur=list->next; while(cur) { printf("%d ",cur->data); cur=cur->next; } printf("\n");}void DestroyList(Node_p list){ assert(list); int data=0; while(list->next) { PopHead(list,&data); } free(list); list=NULL; printf("list is destroy...\n");}
下面我给出整个案例的源码链接(包含Makefile),大家可以自己下去运行:
https://github.com/clearoff/C-Test/tree/master/%E8%AF%BB%E8%80%85%E4%B8%8E%E5%86%99%E8%80%85%E6%A8%A1%E5%9E%8B
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