bthread源码分析(六)bthread同步机制

Butex是bthread的32位同步原语,用于bthread或pthreads同步。本文分析了Butex数据结构、wait&wakeup模型、生命周期和同步流程,讨论了资源池管理避免的竞态条件和可能的虚假唤醒问题。

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Butex

butex是bthread使用的类futex的32bit同步原语,可用于bthreads或者pthreads的同步,不可用于同步多进程。

源码地址:bthread/butex.h bthread/butex.cpp

Butex数据结构

如图,每个Butex内部包含一个32bit的用于同步的value和一个WaiterList。bthread进行同步操作时先判断Butex中的value是否和expect value相等,若是那么此bthread拿到了这个Butex,否则在栈上分配一个Waiter,加入WaiterList等待唤醒,并切换上下文到下一个bthread。当唤醒发生,从WaiterList中删除Waiter,并调度该bthread

wait & wakeup模型

butex提供两种基本操作,wait和wake,对外提供的api基于这两种基本操作衍生,例如butex_wake_all,bthread_wake_except等。这里对wait和wake这两个基本操作组成的模型做剖析。

model1

thread1          thread2

wait()             value = new_value

                      wake()

在这种模型中,thread1的wait()在thread2的wake()之前发生,注意wait()和wake()存在memory_order中的sequenced-before关系,而value不参与,只是在使用wake的线程中保证value的设置先于wake()发生,所以又细分了两种情况,即wait()看到了value,或者没看到。

对前者来说,全局顺序是

  • thread2 value = new_value
  • thread1 wait()
  • thread2 wake()

value = new_value先于wait()发生,wait()不会进入睡眠而是直接返回,后续的wake()无效果。

对后者来说,全局顺序是

  • thread1 wait()
  • thread2 value = new value
  • thread2 wake()

这里wait()先于value = new value发生,thread1看到的是old_value进入睡眠,在stage3中被thread2的wake()唤醒

model2

thread1          thread2

                      value = new_value

                      wake()

wait()

这种模型中只有一种情况,wait()看到value的新值,从而直接return

Butex生命周期

Butex的生命周期通过资源池管理,也就是说Butex对象一经从资源池中获取就不会被销毁,这样设计最主要的原因是为了解决butex_wake()和butex_destroy()之间的竞态条件,不妨看下下面这个场景

class Event {

public:

    void wait() {

        mutex_.lock();

        if (!done_)

            cond_.wait();

        mutex_.unlock();

    }

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