Добрый день!
После более подробного анализа задачи выяснилось, что наиболее подходящим элементом синхронизации в моем случае была бы блокировка на чтение, с возможностью дозахвата блокировки на запись, т.к. в дизайне присутствуют функции, которые : 1) только читают таблицу, 2) только пишут таблицу, 3) последовательно, логически неразрывно читают и пишут таблицу (например, поиск элемента с его последующим удалением). Ориентируясь на пример avp из моего предыдущего вопроса, еще раз спасибо, написала свой вариант реализации подобной блокировки на основе posix-примитива rwlock.
Хотелось бы обсудить достоинства и недостатки.
Реализация блокировки :
#include "my_rwlock.h"
static pthread_mutex_t lock_protect_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
//идентификатор потока, захватившего блокировку с дозахватом
static pthread_mutex_t tid_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_t protect_tid;
int smart_rwlock_operation(p_rwlock, operation)
pthread_rwlock_t *p_rwlock;
uint8_t operation;
{
int res = 0;
int ok = 0;
if(p_rwlock == (pthread_rwlock_t *)NULL)
return(EINVAL);
switch(operation){
case MY_RDLOCK ://обычная блокировка на чтение
res = pthread_rwlock_rdlock(p_rwlock);
#ifdef DEBUG
if(res)
printf("Error %d of locking rwlock (pthread %u)\n",
res,pthread_self());
#endif
break;
case MY_WRLOCK ://обычная блокировка на запись
res = pthread_rwlock_wrlock(p_rwlock);
#ifdef DEBUG
if(res)
printf("Error %d of locking rwlock (pthread %u)\n",
res,pthread_self());
#endif
break;
case MY_UNLOCK ://снятие блокировки
res = pthread_rwlock_unlock(p_rwlock);
#ifdef DEBUG
if(res)
printf("Error %d of unlocking rwlock (pthread %u)\n",
res,pthread_self());
#endif
break;
case MY_RDLOCK_PROTECT ://захват на чтение блокировки с дозахватом
res = pthread_mutex_lock(&lock_protect_mutex);
if(!res){
// мьютекс захвачен, захватываем блокировку чтения
res = pthread_rwlock_rdlock(p_rwlock);
if(!res){
//блокировка захвачена
pthread_mutex_lock(&tid_mutex);
protect_tid = pthread_self();
pthread_mutex_unlock(&tid_mutex);
}
else{
//ошибка - отпустим мьютекс
res = pthread_mutex_unlock(&lock_protect_mutex);
}
}
#ifdef DEBUG
if(res)
printf("Error %d of protected read-locking (pthread %u)\n",res,pthread_self());
#endif
break;
case MY_UNLOCK_PROTECT ://снятие блокировки с дозахватом
pthread_mutex_lock(&tid_mutex);
if((res = (pthread_mutex_trylock(&lock_protect_mutex)) == EBUSY) &&
(pthread_equal(pthread_self(),protect_tid) != 0)){
//мьютекс уже захвачен этим же потоком
ok = 1;
}
else if(!res){
//мьютекс захвачен, некорректная операция
pthread_mutex_unlock(&lock_protect_mutex);
res = EINVAL;
}
else //мьютекс захвачен другим потоком, некорректная операция
res = EBUSY;
pthread_mutex_unlock(&tid_mutex);
if(ok){
//мы в нужном потоке, можно освободить блокировку и мьютекс
res = pthread_rwlock_unlock(p_rwlock);
if(!res)
res = pthread_mutex_unlock(&lock_protect_mutex);
else
pthread_mutex_unlock(&lock_protect_mutex);
}
#ifdef DEBUG
if(res)
printf("Error %d of protected unlocking (pthread %u)\n",res,pthread_self());
#endif
break;
case MY_FROMRD_TOWR_PROTECT ://дозахват блокировки на чтение до записи
pthread_mutex_lock(&tid_mutex);
if((pthread_mutex_trylock(&lock_protect_mutex) == EBUSY) &&
(pthread_equal(pthread_self(),protect_tid) != 0)){
ok = 1;
}
else if(!res){
pthread_mutex_unlock(&lock_protect_mutex);
res = EINVAL;
}
else
res = EBUSY;
pthread_mutex_unlock(&tid_mutex);
if(ok){
//дозахватываем блокировку на запись
res = pthread_rwlock_unlock(p_rwlock);
if(!res)
res = pthread_rwlock_wrlock(p_rwlock);
}
#ifdef DEBUG
if(res)
printf("Error %d of update to write-locking (pthread %u)\n",res,pthread_self());
#endif
break;
case MY_FROMWR_TORD_PROTECT ://осовбождение блокировки на запись до чтения
pthread_mutex_lock(&tid_mutex);
if((pthread_mutex_trylock(&lock_protect_mutex) == EBUSY) &&
(pthread_equal(pthread_self(),protect_tid) != 0)){
ok = 1;
}
else if(!res){
pthread_mutex_unlock(&lock_protect_mutex);
res = EINVAL;
}
else
res = EBUSY;
pthread_mutex_unlock(&tid_mutex);
if(ok){
//откатываемся к блокировке чтения
res = pthread_rwlock_unlock(p_rwlock);
if(!res)
res = pthread_rwlock_rdlock(p_rwlock);
}
#ifdef DEBUG
if(res)
printf("Error %d of update to read-locking (pthread %u)\n",res,pthread_self());
#endif
break;
case MY_WRLOCK_PROTECT :
res = pthread_mutex_lock(&lock_protect_mutex);
if(!res){
// мьютекс захвачен, захватываем блокировку записи
res = pthread_rwlock_wrlock(p_rwlock);
if(!res){
//блокировка захвачена
pthread_mutex_lock(&tid_mutex);
protect_tid = pthread_self();
pthread_mutex_unlock(&tid_mutex);
}
else{
//ошибка - отпустим мьютекс
res = pthread_mutex_unlock(&lock_protect_mutex);
}
}
#ifdef DEBUG
if(res)
printf("Error %d of protected write-locking (pthread %u)\n",res,pthread_self());
#endif
break;
default :
return(EINVAL);
break;
}
return(res);
}
Тест :
//my_rwlock.h
#ifndef __MY_RWLOCK__
#define __MY_RWLOCK__
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <strings.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#define CNT_EL 5
#define BUF_LEN 256
#define MAX_CNT 20
// операции над блокировкой чтения-записи с дозахватом
#define MY_RDLOCK 0x00
#define MY_WRLOCK 0x01
#define MY_UNLOCK 0x02
#define MY_RDLOCK_PROTECT 0x03
#define MY_UNLOCK_PROTECT 0x04
#define MY_FROMRD_TOWR_PROTECT 0x05
#define MY_FROMWR_TORD_PROTECT 0x06
#define MY_WRLOCK_PROTECT 0x07
int array[CNT_EL];
int cnt;
pthread_rwlock_t array_lock;
int smart_rwlock_operation(pthread_rwlock_t *, uint8_t );
#endif //__MY_RWLOCK__
//main.c
#include "my_rwlock.h"
void *func_reader(void *arg){
//функция читателя
int i;
while(1){
smart_rwlock_operation(&array_lock, MY_RDLOCK);
if(cnt >= MAX_CNT){
smart_rwlock_operation(&array_lock, MY_UNLOCK);
break;
}
printf("Read with simple rdlock : ");
for(i = 0; i < CNT_EL; i++)
printf("%d ",array[i]);
printf("\n");
smart_rwlock_operation(&array_lock, MY_UNLOCK);
sleep(1);
}
return((void *)0);
}
void *func_writer(void *arg){
//функция писателя
int i;
while(1){
smart_rwlock_operation(&array_lock, MY_WRLOCK_PROTECT);
if(cnt >= MAX_CNT){
smart_rwlock_operation(&array_lock, MY_UNLOCK_PROTECT);
break;
}
cnt++;
printf("Write with simple wrlock : ");
for(i = 0; i < CNT_EL; i++){
array[i] = i+10;
printf("%d ",array[i]);
}
printf("\n");
smart_rwlock_operation(&array_lock, MY_UNLOCK_PROTECT);
sleep(2);
}
return((void *)0);
}
void *func_smart_reader(void *arg){
//функиция читателя, который может прокачаться до писателя
int i;
while(1){
smart_rwlock_operation(&array_lock, MY_RDLOCK_PROTECT);
if(cnt >= MAX_CNT){
smart_rwlock_operation(&array_lock, MY_UNLOCK_PROTECT);
break;
}
//захватили блокировку чтения с возможностью дозахвата на запись
printf("Read with smart rwlock : ");
for(i = 0; i < CNT_EL; i++)
printf("%d ",array[i]);
printf("\n");
if(array[0] != 0){
//вернем старый массив
smart_rwlock_operation(&array_lock, MY_FROMRD_TOWR_PROTECT); //проапгрейдили блокировку чтения до записи
cnt++;
printf("Write with smart rwlock : ");
for(i = 0; i < CNT_EL; i++){
array[i] = i;
printf("%d ",array[i]);
}
printf("\n");
smart_rwlock_operation(&array_lock, MY_FROMWR_TORD_PROTECT); // снова понизили блокировку до чтения
}
printf("Affordable to read\n");
smart_rwlock_operation(&array_lock, MY_UNLOCK_PROTECT);
sleep(1);
}
return((void *)0);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int i;
pthread_t tid[4];
char buf[BUF_LEN];
void *res;
array_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
for(i = 0;i < CNT_EL; i++)
array[i] = i;
cnt = 0;
if(pthread_create(&tid[0],NULL,func_reader,NULL) != 0){
bzero(buf,BUF_LEN);
strerror_r(errno,buf,BUF_LEN);
printf("Error of thread createng : %s\n",buf);
}
if(pthread_create(&tid[1],NULL,func_reader,NULL) != 0){
bzero(buf,BUF_LEN);
strerror_r(errno,buf,BUF_LEN);
printf("Error of thread createng : %s\n",buf);
}
if(pthread_create(&tid[2],NULL,func_writer,NULL) != 0){
bzero(buf,BUF_LEN);
strerror_r(errno,buf,BUF_LEN);
printf("Error of thread createng : %s\n",buf);
}
if(pthread_create(&tid[3],NULL,func_smart_reader,NULL) != 0){
bzero(buf,BUF_LEN);
strerror_r(errno,buf,BUF_LEN);
printf("Error of thread createng : %s\n",buf);
}
for(i = 0; i < 4; i++)
pthread_join(tid[i], &res);
printf("Bye!!!\n");
return 0;
}
Результаты :
...
Read with simple rdlock : Read with simple rdlock : 0 1 2 3 4
Read with smart rwlock : 0 1 2 3 4
Affordable to read
0 1 2 3 4
Write with simple wrlock : 10 11 12 13 14
Read with simple rdlock : 10 11 12 13 14
Read with simple rdlock : 10 11 12 13 14 Read with smart rwlock : 10 11 12 13 14
Write with smart rwlock : 0 1 2 3 4
Affordable to read
Read with simple rdlock : 0 1 2 3 4
Read with smart rwlock : 0 1 2 3 4
Affordable to read
Read with simple rdlock : 0 1 2 3 4
Write with simple wrlock : 10 11 12 13 14
Read with simple rdlock : 10 Read with simple rdlock : 11 12 13 14
10 11 12 13 14
Read with smart rwlock : 10 11 12 13 14
Write with smart rwlock : 0 1 2 3 4
Affordable to read
Read with simple rdlock : 0 Read with smart rwlock : 0 1 2 3 4
Affordable to read
Read with simple rdlock : 0 1 2 3 4
1 2 3 4
Write with simple wrlock : 10 11 12 13 14
Read with simple rdlock : 10 11 12 13 14
Read with smart rwlock : 10 11 12 13 14
Read with simple rdlock : 10 11 12 13 14
Write with smart rwlock : 0 1 2 3 4
Affordable to read
Read with simple rdlock : 0 1 Read with simple rdlock : 0 Read with smart rwlock : 0 1 1 2 3 4
Affordable to read
2 3 4
2 3 4
...
*блокировать операцию вывода не стала специально, чтобы было видно, что потоки-читатели работают одновременно.
UPDATE
Подразумевается, что MY_RDLOCK_PROTECT
используется только когда нам необходимо захватить чтение с дозахватом на запись (есть подобный примитив в Boost), он будет применяться только в третьем варианте, когда чтение и запись логически свзяны. В функциях, где требуется только чтение, используется MY_RDLOCK
, в нем блокировки мьютекса lock_protect_mutex
не производится. Таким образом, будут работать одновременно - все потоки, захватившие блокировку с использованием MY_RDLOCK
, и потоки, захватившие MY_RDLOCK_PROTECT
, пока они не проапгрейдили блокировку чтения до записи, использовав MY_FROMRD_TOWR_PROTECT
.
Когда блокировка на чтение будет дозахвачена на запись через MY_FROMRD_TOWR_PROTECT
, "только писатели" вклиниться в этот процесс не смогут, так как lock_protect_mutex
все еще захвачен.
Потоки -"только писатели", сначала будут ждать освобождения мьютекса lock_protect_mutex
, а потом - ждать, когда не останется "только читателей". При этом, так как мьютекс уже захвачен, потоки, которые имеют смешанный вариант "чтение + запись", будут ожидать завершения работы "только писателя".
Подводя итог, хотелось добиться следующего : "только писатели" и "писатель+читатель" не работают одновременно никогда, в то время как "только читатели" и "писатель+читатель" работают одновременно в тот период, когда "писатель+читатель" еще не производил дозахват блокировки до записи, или напротив, понизил ее с записи до чтения.
MY_RDLOCK_PROTECT
. Не понимаю, как это надо (можно) использовать. Там ведь блокируетсяlock_protect_mutex
, а потом на чтение rwlockp_rwlock
. Соответственно, любой другой поток не сможет таким образом взять rwlockp_rwlock
(будет ждатьlock_protect_mutex
), а тот же самый просто уйдет в дедлок (хотя просто с rwlockp_rwlock
должен остаться работать). Тогда в чем смысл операцииMY_RDLOCK_PROTECT
? -- Вы бы коротенько описали в какой ситуации какие операции собираетесь использовать и как они сочетаются.