當解決多執行緒互斥同步的問題時,經常會有如下幾個問題:
1. 在乙個給定的問題中,需要多少個mutex,多少個semaphore?有什麼規律?
2. 在對臨界區加鎖和等待訊號量的順序上有什麼要求和規律?
3. 什麼樣操作適合放在臨界區,什麼樣的不適合?
下面就生產者和消費者問題來分析一些這幾個問題.
下面是乙個簡單的實現程式:
生產者向陣列sharedarray中寫入資料,而消費者從該陣列中讀取資料.
#include
#include
#include
#include
#define maxsize 5 /*共享緩衝區的大小*/
int sharedarray[maxsize]; /*sharedarray是共享緩衝區*/
int curr=-1; /*curr是用來指定sharedarray當前存有資料的最大位置*/
/*注意,sharedarray和curr都屬於共享資料*/
int empty=0;
int full=maxsize;
pthread_mutex_t sharedmutex=pthread_mutex_initializer; /*鎖定臨界區的mutex*/
sem_t waitnonempty, waitnonfull; /*等待"非空資源"和等待"非滿資源"的semaphor*/
void * readdata(void * whichone)
}void * writedata(void * whichone)
}int main (int argc, char** argv)
分析和說明:
1. 在乙個給定的問題中,需要多少個mutex,多少個semaphore?有什麼規律?
在本問題中,共需要乙個mutex和兩個semaphore.
其中,mutex是用來鎖定臨界區的,以解決對共享資料的互斥訪問問題(無論是對生成者還是對消費者);
我們共需要兩個semaphore,這是因為在本問題中共有兩個稀缺資源.
第一種是"非空"這種資源,是在消費者之間進行競爭的.
第二種是"非滿"這種資源,是在生產者之間進行競爭的.
所以,一般來說,需要鎖定臨界區,就需要mutex;有幾種稀缺資源就需要幾個semaphore.
對稀缺資源的分析不能想當然.稀缺資源不一定是指被共享的資源,很多時候是指執行緒會被阻塞的條件(除了要進臨界區被阻塞外).
本例中,消費者會在緩衝區為空時被阻塞,所以"非空"是一種稀缺資源;
生產者會在緩衝區為滿時被阻塞,所以"非滿"也是一種稀缺資源.
2. 在對臨界區加鎖和等待訊號量的順序上有什麼要求和規律?
這裡要說兩點:
第一,不要將等待訊號量的語句放在被鎖定的臨界區內,這樣會造成死鎖.而且這也是很沒有必要的.
比如,消費者在緩衝區沒有資料的時候進入臨界區,這樣就會把臨界區鎖上,由於沒有資料,消費者也會被鎖上.
這時,任何生產者都會由於臨界區被鎖上而被block住,這樣就造成了死鎖.
第二,如果有多個semaphore需要等待,那麼每個執行緒中,最好對這多個訊號量進行等待的順序一致,
不然的話很容易造成死鎖.
3. 什麼樣操作適合放在臨界區,什麼樣的不適合?
一般來說,臨界區中只放對共享資料進行訪問的語句,這樣會改善程式的效能.
很多時候,取出共享資料的副本後,對副本進行費時的各種操作就不需要放在臨界區了.
比如,本例中的sleep語句就根本不需要放入臨界區.
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