锁

C语言协程库实现

锁是很常见的同步原语,那么锁的实现原理是怎样的呢?下面我们就自己模拟实现一下各种锁来更好地理解锁的实现和代价.

自旋锁

自旋锁是一种成本较低的锁,因为它只会在当前cpu循环忙等直到获取到锁而不会让出控制权.
自旋锁的特点也使其只能用于保护操作较短的临界区,且不能睡眠.

代码实现

主要是通过cas等原子操作来模拟.

typedef volatile spin_lock_t;spin_lock(spin_lock_t *lock)
{do {if (cas(&lock, 0, 1) == 0)  // cas循环判断,直到加锁成功.break;} while (1);
}spin_unlock(spin_lock_t *lock)
{atomic_set(&lock, 0); // 锁变量置0
}

互斥锁

用原子操作和信号量实现互斥锁


typedef struct {int val;int waiters;spin_lock_t lock;sem_t *sem;
}mutex_lock_t;mutex_lock(mutex_lock_t *lock)
{while(cas(&lock->val, 0, 1) != 0){sem_wait(sem);}}mutex_unlock(mutex_lock_t *lock)
{atomic_set(&lock->val, 0);sem_post(sem);
}

读写锁

用自旋锁和信号量实现读写锁

typedef struct {int readers;int writers;int writer_waiters;int cur_writer;sem_t *sem;spin_lock_t lock;
}mutex_rw_lock_t;mutex_rlock(mutex_rw_lock_t *lock)
{do {spin_lock(lock->lock);if (lock->writers == 0){break;}else{spin_unlock(lock->lock):sem_wait(sem);}}lock->readers++;spin_unlock(lock->lock);
}mutex_wlock(mutex_rw_lock_t *lock)
{do {spin_lock(lock->lock);if (!lock->readers && !lock->writers)break;spin_unlock(&lock->lock);sem_wait(&lock->sem);}lock->cur_writers = current();lock->writers++;spin_unlock(&lock->lock);
}mutex_unlock(mutex_rw_lock_t *lock)
{if(lock->cur_writers == current())mutex_wunlock(lock);elsemutex_runlock(lock);
}mutex_runlock(mutex_rw_lock_t *lock)
{spin_lock(&lock->lock);lock->readers--;spin_unlock(&lock->lock);sem_post(&lock->sem);
}mutex_wunlock(mutex_rw_lock_t *lock)
{spin_lock(&lock->lock);lock->writers--;lock->cur_writer = 0;spin_unlock(&lock->lock);sem_post(&lock->sem);
}

上面的读写锁实现有一个问题就是但读者很多时,可能会将写者饿死.一种改进的方法是将等待者进行排队.

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