读者_写者模型-蒲公英云

一.读者_写者模型

我们知道在一些程序中存在读者写者问题，就是对某些资源的访问会存在两种可能的情况：一种就是写操作，写操作是可以独占资源的，也就是具有排他性；另一种情况就是读操作，在读操作中可以有多个资源并发的去访问某种资源，它的访问方式是共享的。这种模型是从对文件的读写操作中总结出的一种模型。

1.在读者和写者的这种模型中，存在3种关系，他们是：

1).读者和读者之间，读者与读者之间是可以并发的访问某种资源的，所以他们之间是没有关系的。

2).读者和写者之间，我们知道对一个文件来说是不可以既读又写的，可能会导致数据的二义性问题。读者和写着之间是互斥和同步的关系。

3).写着和写着之间，存在互斥的关系。

2.在上面描述读者写者关系中提到了互斥和同步，那仫为什仫要保证互斥和同步的关系呢？

互斥：指某一种资源某一时刻只能允许一个访问者对它进行访问，具有唯一性和排他性。但是资源的互斥是无法保证访问者对资源的访问顺序的，即如果有多个访问者访问该资源时，访问是无顺序的。

同步：同步是在互斥的基础上(大多数是互斥+同步，有的情况下只需要同步)，通过一些机制实现访问者对资源的有序访问

理解了互斥和同步让我们继续来看读者和写者问题，我们知道读者在读的过程中存在查找操作，费时较长，如果给读者加锁会降低这种模型的实现效率，可以总结为读者写者模型就是一种多读少写的情况，为了解决这种情况，引入了读者锁的概念。

二.读写锁

读写锁是一种特殊的自旋锁，一个读写锁同时只能有一个写着或者是多个读者，但是不能同时即有读者又有写者，由上述读者和写者的关系可得。读写锁相对互斥锁来说，可以允许多个线程同时占用读模式的读写锁，具有更高的试用性和并行性。

关于读写锁的几个常见的函数：

1).创建读写锁，读写锁的类型是pthread_rwlock_t，创建的格式为：pthread_rwlock_t myrwlock。

2).创建之后就要初始化，读写锁的初始化函数为：

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,
              const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);

成功返回0，失败返回错误码。attr表示读写锁的属性，一般设置为NULL表示默认.

3).创建之后就需要销毁该读写锁，销毁函数为：

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

成功返回0，失败返回操作码，rwlock就是你定义的读写锁.

4).读者加锁函数

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
       int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

pthread_rwlock_rdlock和pthread_rwlock_tryrdlock的区别：

对读者进行加锁，pthread_rwlock_rdlock如果加锁失败则该线程就会被挂起等待；如果某些线程在加锁失败之后不想被挂起，则可以使用pthread_rwlock_trylock

6).写者加锁函数

int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
       int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

成功返回0，失败返回错误码，两者的区别类似读者加锁函数

7).有加锁必然存在解锁函数，不管是读者解锁还是写着解锁都是pthread_rwlock_unlock函数。

int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

成功返回0，失败返回错误码。

三.自旋锁
上述提到的读写锁就是自旋锁的一种，那仫什仫是自旋锁呢？它是为实现保护共享资源而提出的一种锁机制，自旋锁和互斥锁都是为了解决对某种资源的互斥使用，在任意一个时刻只能有一个访问者访问该资源。读写锁虽然是自旋锁的一种特殊情况，两者还是存在区别的：两者在调度机制上存在不同。如果资源已经被占用，使用互斥锁的申请者就会进入休眠状态，而自旋锁的申请者就会被其他执行单元保持，调用者会一直查看该锁的保持者是否已经释放该锁了，所以这种机制的锁就叫自旋锁。

自旋锁的效率远远高于互斥锁，因为自旋锁不会引起访问者的休眠，减少了保持数据的开销，虽然自旋锁的效率比较高，但是它也存在一些问题：

1).降低CPU的使用效率。试想一下如果访问者一直未得到锁，那仫它就会一直在CPU中等待该锁被释放，如果是单核操作系统这种弊端就会更加明显了。

2).可能会造成死锁。当递归调用或者调用一些函数时可能造成死锁，比如调用copy_to_user(),copy_from_user(),kmalloc()。

所以虽然自旋锁比较高效，但是要恰当使用，在多CPU或者是内核可抢占，SMP的情况下才需要自旋锁，自旋锁使用保持锁时间比较短的情况下.

四.一个简单的实现多读者一个写着的读写者模型

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
int count=0;
pthread_rwlock_t myrwlock;
void *reader_run(void *arg)
{
    while(1)
    {
        sleep(1);
        int ret=pthread_rwlock_rdlock(&myrwlock);
        if(ret != 0)
        {
            printf("the lock is user by writer\n");
            continue;
        }
        printf("reader is %lu,count=%d\n",pthread_self(),count);
        pthread_rwlock_unlock(&myrwlock);
    }
}
void *writer_run(void *arg)
{
    while(1)
    {
        sleep(1);
        int ret=pthread_rwlock_wrlock(&myrwlock);
        if(ret != 0)
        {
            printf("the lock is used by reader\n");
            continue;
        }
        count++;
        printf("writer is %lu,count=%d\n",pthread_self(),count);
        pthread_rwlock_unlock(&myrwlock);
    }
}
int main()
{
    pthread_rwlock_init(&myrwlock,NULL);
    pthread_t reader;
    pthread_t writer;
    pthread_create(&reader,NULL,reader_run,NULL);
    pthread_create(&writer,NULL,writer_run,NULL);
    pthread_join(reader,NULL);
    pthread_join(writer,NULL);
    pthread_rwlock_destroy(&myrwlock);
    return 0;
}