嵌入式Linux：线程同步（读写锁）

电子设计联盟 · 发表于 4 天前

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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：
* b2 A& j) d0 N$ a1 M

静态初始化：

pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;# n# P7 W U% \6 e* X- ^

动态初始化：使用pthread_rwlock_init()函数初始化：

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *rwlock, const pthread_rwlockattr_t *attr);
参数说明：

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。
0 U, Y2 c5 C8 f) R, J

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：

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。

- `3 e' X" A, m. c- D1 q# L
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。

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); o/ v6 [0 V: f0 y9 P

参数说明：

rwlock：指向需要加锁的读写锁对象。

: J! L; ?% U0 B& B$ ?
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。

int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
# D' K1 ?. a4 m _* P1 a
参数说明：

rwlock：指向需要加锁的读写锁对象。
+ a7 i# \- M7 }! k# j

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。

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
" I% d- Q. H# e% s9 e. M1 |, k
参数说明：

rwlock：指向需要加锁的读写锁对象。
" X: o9 k8 d* O0 _) y3 e

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。

int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
" u0 W/ v0 ^/ L3 g, ^) D
参数说明：

rwlock：指向需要加锁的读写锁对象。

/ a2 G+ {6 F6 G6 R
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。

int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);; D* s) {! J) R D& h0 K

参数说明：

rwlock：指向需要解锁的读写锁对象。

) R8 t" ^9 Y# F8 z/ d
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：

int pthread_rwlockattr_init(pthread_rwlockattr_t *attr);
1 W" A2 @: e! G, o+ C6 q
参数说明：

attr：指向需要初始化的读写锁属性对象。

+ P" r$ i, @; h* g) K9 l
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：

int pthread_rwlockattr_setpshared(pthread_rwlockattr_t *attr, int pshared);
4 o2 g/ U/ c' g; d
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：

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
", 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
", 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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