Типи блокувань

Блокування читання-записування

М’ютекси є засобом, який захищає спільно використовувані дані від будь-якого одночасного доступу з боку кількох потоків – будь то читання чи зміна. Насправді нам не завжди потрібен такий однозначний захист, наприклад, для певного типу задач хотілося б розрізняти читання спільно використовуваних даних та їхню модифікацію (для того, щоб, скажімо, дозволяти читання кільком потокам одночасно, а модифікацію – тільки одному). Для розв’язання такої задачі використовують блокування читання-записування (read-write locks).

Блокування читання-записування – це синхронізаційний примітив, для якого визначені два режими використання: відкриття для читання і відкриття для записування. При цьому повинні виконуватися такі умови:

будь-яка кількість потоків може відкривати таке блокування для читання, коли немає жодного потоку, що відкрив його для записування;

блокування може відкриватися для записування тільки за відсутності потоку, що відкрив його для читання або для записування.

Простіше кажучи, читати дані може будь-яка кількість потоків одночасно за умови, що ніхто ці дані не змінює; змінювати дані можна тільки тоді, коли їх ніхто не читає і не змінює.

Такі блокування корисні для даних, які зчитуються частіше, ніж модифікуються (наприклад, більшість СУБД реалізує блокування такого роду для забезпечення доступу до бази даних).

Розрізняють два типи блокувань читання-записування: з кращим читанням і з кращим записом. Відмінність між ними виявляється тоді, коли потік намагається відкрити таке блокування для читання за умови, що він робить це не першим і що є призупинені потоки, які очікують можливості відкрити це блокування для записування.

У разі кращого читання потік негайно відкриває блокування для читання і продовжує свою роботу незалежно від того, є потоки-записувачі, що очікують, чи ні. Потоки-записувачі продовжують своє очікування.

У разі кращого записування за наявності потоків-записувачів, що очікують, потік-читач припиняється й не буде поновлений доти, поки всі записувачі не виконають свої дії і не закриють блокування.

Зазначимо, що для обох типів потік-записувач не може відкрити блокування, поки його тримає відкритим хоча б один читач, – перевага надається тільки новим потокам-читачам, які намагаються відкривати додаткові блокування.

Операції блокувань

Розглянемо операції, допустимі для блокування читання-записування.

· Відкриття для читання (rwlock_rdlock). Якщо є потік, який відкрив блокування для записування, поточний потік припиняється. Якщо такий потік відсутній:

· у разі кращого читання блокування відкривають для читання і потік продовжує своє виконання;

· у разі кращого записування перевіряють, чи немає призупинених потоків, які очікують відкриття цього блокування для записування; якщо вони є – потік припиняють, якщо немає – блокування відкривають для читання і потік продовжує своє виконання.

При цьому необхідно, щоб кілька потоків могли відкрити блокування для читання, тому в разі, коли блокування вже відкрите для читання, для його нового відкриття збільшують внутрішній лічильник потоків-читачів.

· Відкриття для записування (rwlock_wrlock). Якщо є потік, який відкрив блокування для читання або записування, поточний потік припиняють; коли жодного такого потоку немає, блокування відкривають для записування і потік продовжує своє виконання.

· Закриття (rwlock_unlock). У разі наявності кількох потоків, які відкрили блокування для читання, воно залишається відкритим для читання, і внутрішній лічильник потоків-читачів зменшують на одиницю. Якщо блокування відкрите для читання тільки одним потоком (лічильник дорівнює одиниці) його знімають, якщо є потоки-записувачі, які очікують на цьому блокуванні, один із них поновлюють. Коли блокування відкрите для записування, його знімають, при цьому за наявності потоків-читачів, що очікують, всі вони поновлюються, а з потоків-записувачів, що очікують, поновлюють тільки один. Якщо очікують і читачі й записувачі, результат залежить від типу блокування (у разі кращого читання або якщо жодного записувача немає, поновлюють усіх читачів, а якщо читачі відсутні у разі кращого записування – поновлюють одного з записувачів.

Блокування читання-записування, як і м’ютекси, мають власника, тому не можна закрити блокування в потоці, який його не відкривав.

Ось псевдокод прикладу використання таких блокувань для синхронізації доступу до банківського рахунку:

//блокування для захисту рахунку

rwlock_t account_lock;

//сума на рахунку – спільно використовувані дані

volatile float amount;

//додавання на рахунок

void set_amount (float new_amount) {

rwlock_wrlock(account_lock); //відкриття для записування

amount = amount + new_amount;

rwlock_unlock(account_lock);

}

//перегляд рахунку

float get_amount() {

float cur_amount;

rwlock_rdlock(account_lock); //відкриття для читання

cur_amount = amount;

rwlock_unlock(account_lock);

return cur_amount;

}

Дата добавления: 2014-01-05