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嵌入式Linux:线程同步(读写锁)

蓮花仙者

蓮花仙者

发布时间:2025-04-17 15:28:13

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来源于php中文网

原创

linux中,读写锁(read-write lock)提供了一种同步机制,允许多个线程并发读取共享资源,但只有一个线程可以对该资源进行写操作。

嵌入式Linux:线程同步(读写锁)

读写锁相比互斥锁(mutex)或自旋锁(spinlock)具有更高的并行性,因为它有三种状态:读加锁状态、写加锁状态和不加锁状态。

读写锁的规则和状态:

写模式加锁状态:当一个线程获取写锁时,其他所有试图获取该锁的线程(无论是读锁还是写锁)都会被阻塞,直到写锁被释放。读模式加锁状态:当线程获取读锁时,其他试图获取读锁的线程可以并发成功获取锁,但任何试图获取写锁的线程会被阻塞,直到所有读锁被释放。

读写锁的使用场景:

适用于读操作频繁且写操作较少的情况,这样能够允许多线程并发读取,减少锁的竞争,提高系统的效率。当需要保护一个共享数据结构,同时支持多个线程读,但限制只有一个线程写时,读写锁是比简单的互斥锁更好的选择。

1、读写锁的初始化

在使用读写锁之前,必须对其进行初始化。

Linux使用pthread_rwlock_t数据类型来表示读写锁,初始化方式有以下两种:

静态初始化:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制
pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

动态初始化:使用pthread_rwlock_init()函数初始化:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *rwlock, const pthread_rwlockattr_t *attr);

参数说明:

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rwlock:指向需要初始化的读写锁对象(类型为pthread_rwlock_t)。attr:指向读写锁属性的指针(类型为pthread_rwlockattr_t),可以设置为NULL,表示使用默认属性。

返回值:

成功返回0。失败返回非0错误码,如:EINVAL:表示无效的属性值或锁对象。EBUSY:锁已初始化。ENOMEM:系统内存不足。

2、销毁读写锁

当不再需要使用读写锁时,应该使用pthread_rwlock_destroy()销毁它。函数原型如下:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数说明:

rwlock:指向需要销毁的读写锁对象。

返回值:

成功返回0。失败返回非0错误码,如:EBUSY:锁被其他线程持有。

3、读写锁加锁与解锁

以读模式加锁,该函数会阻塞调用线程,直到能够成功获取读锁。

如果已经有其他线程持有写锁,当前线程将会等待。

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数说明:

rwlock:指向需要加锁的读写锁对象。

返回值:

成功返回0。失败返回非0错误码,如:EINVAL:无效的锁。EDEADLK:检测到死锁。EAGAIN:系统无法分配更多的读锁。

以写模式加锁,该函数会阻塞调用线程,直到能够成功获取写锁。

只有当前线程能够获取写锁,其他所有请求锁的线程(无论是读锁还是写锁)都会被阻塞。

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数说明:

rwlock:指向需要加锁的读写锁对象。

返回值:

成功返回0。失败返回非0错误码,如:EINVAL:无效的锁。EDEADLK:检测到死锁。

尝试获取读锁,该函数尝试获取读锁,不会阻塞。

如果锁被其他线程占用,立即返回失败。

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数说明:

rwlock:指向需要加锁的读写锁对象。

返回值:

成功返回0。失败返回EBUSY表示锁已被占用,当前无法获取。

尝试获取写锁,该函数尝试获取写锁,不会阻塞。

如果锁被其他线程占用,立即返回失败。

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数说明:

rwlock:指向需要加锁的读写锁对象。

返回值:

成功返回0。失败返回EBUSY表示锁已被占用,当前无法获取。

该函数用于释放当前线程持有的锁,无论是读锁还是写锁。

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数说明:

rwlock:指向需要解锁的读写锁对象。

返回值:

成功返回0。失败返回非0错误码,如:EINVAL:无效的锁对象。EPERM:当前线程未持有该锁。

4、读写锁的属性

读写锁也可以有属性,使用pthread_rwlockattr_t数据类型来表示。

初始化读写锁属性函数原型:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制
int pthread_rwlockattr_init(pthread_rwlockattr_t *attr);

参数说明:

attr:指向需要初始化的读写锁属性对象。

返回值:

成功返回0。失败返回非0错误码。

读写锁的属性中最常见的是进程共享属性,使用以下函数设置或获取:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制
int pthread_rwlockattr_setpshared(pthread_rwlockattr_t *attr, int pshared);

参数说明:

attr:指向需要设置的读写锁属性对象。pshared:共享属性的值。取值如下:PTHREAD_PROCESS_SHARED:允许多个进程共享该读写锁。PTHREAD_PROCESS_PRIVATE:仅限当前进程的线程共享读写锁(默认值)。

返回值:

成功返回0。失败返回非0错误码。

以下代码展示了如何在读写锁的保护下,允许多个线程并发读取共享资源,但只有一个线程可以修改它:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制
pthread_rwlock_t rwlock;int shared_data = 0;void *reader(void *arg) {    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);  // 获取读锁    printf("Reader: Shared data is %d\n", shared_data);    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);  // 解锁    return NULL;}void *writer(void *arg) {    pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);  // 获取写锁    shared_data += 1;    printf("Writer: Updated shared data to %d\n", shared_data);    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);  // 解锁    return NULL;}int main() {    pthread_t r1, r2, w1;    pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);  // 初始化读写锁    pthread_create(&r1, NULL, reader, NULL);    pthread_create(&w1, NULL, writer, NULL);    pthread_create(&r2, NULL, reader, NULL);    pthread_join(r1, NULL);    pthread_join(w1, NULL);    pthread_join(r2, NULL);    pthread_rwlock_destroy(&rwlock);  // 销毁读写锁    return 0;}

Linux中的读写锁适用于提高读密集型应用的并发性。

它能够让多个线程同时读取资源,从而减少锁争用,但也需要合理考虑写饥饿问题。

注意事项如下:

读写锁的潜在问题:如果读操作过于频繁,可能导致写线程长时间无法获取写锁,从而引发写饥饿问题。这通常需要通过其他机制(如优先级)来控制。使用场景:当读操作远多于写操作时,读写锁能带来性能提升。如果写操作频繁,读写锁可能并不会比互斥锁表现更好。

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