MySQL数据结构分析—读写锁rwlock

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MySQL数据结构分析—读写锁rwlock 2012-10-22 23:22:42

分类： Mysql/postgreSQL

目的

在源码分析mysql多线程操作时，mysql除了使用通常意义上的rwlock，来进行读写控制，还使用了一种读优先的rwlock对元数据锁（MDL，Meta Data Lock）进行读写控制。以下内容中，对mysql的读写锁进行深入的分析，更深刻的了解mysql的读写锁。

数据结构

mysql在多线程处理中，mysql读写锁数据结构mysql_rwlock_t的定义在mysql_thread.h和my_pthread.h头文件中，具体定义如下所示：

typedef struct st_mysql_rwlock mysql_rwlock_t;

struct st_mysql_rwlock

{

/** The real rwlock */

rw_lock_t m_rwlock;

/** The instrumentation hook.*/

struct PSI_rwlock *m_psi;

};

#define rw_lock_t my_rw_lock_t

On systems which don't support native read/write locks we have

to use own implementation.

typedef struct st_my_rw_lock_t {

pthread_mutex_t lock; /* lock for structure */

pthread_cond_t readers; /* waiting readers */

pthread_cond_t writers; /* waiting writers */

int state; /* -1:writer,0:free,>0:readers */

int waiters; /* number of waiting writers */

#ifdef SAFE_MUTEX

pthread_t write_thread;

#endif

} my_rw_lock_t;

通过以上定义可知，真正的rwlock根据不同的环境，使用不同的处理函数，但是处理的逻辑和思想是是一致的。以上是mysql自身实现的rwlock结构体my_rw_lock_t的定义。从定义可知，该结构定义了两个条件变量readers、writers，分别用于多线程处理中，读者和写者获取锁的条件判断。并且，定义state变量用于标示当前状态，定义waiters变量用于记录当前等待的写者数量。

除此之外，mysql还定义了读优先的rwlock，定义为pr_lock，用于控制MDL的多线程读写。具体定义如下所示：

typedef struct st_mysql_prlock mysql_prlock_t;

struct st_mysql_prlock

{

/** The real prlock */

rw_pr_lock_t m_prlock;

/** The instrumentation hook. */

struct PSI_rwlock *m_psi;

};

typedef struct st_rw_pr_lock_t {

/**

Lock which protects the structure.

Also held for the duration of wr-lock.

pthread_mutex_t lock;

/**

Condition variable which is used to wake-up

writers waiting for readers to go away.

pthread_cond_t no_active_readers;

/** Number of active readers. */

uint active_readers;

/** Number of writers waiting for readers to go away. */

uint writers_waiting_readers;

/** Indicates whether there is an active writer. */

my_bool active_writer;

#ifdef SAFE_MUTEX

/** Thread holding wr-lock (for debug purposes only). */

pthread_t writer_thread;

#endif

} rw_pr_lock_t;

由定义可知，rw_pr_lock_t数据结构定义了一个条件变量no_active_readers，用于当所有读者处理结束后，唤醒写者获取写锁。定义active_readers变量标示当前读者数量，定义writers_waiting_readers变量标示当前等待的写者数量，定义active_writer变量标示当前是否有写者获取了锁。

源码实现

根据以上表结构定义，分别对两种结构的基本操作中获取读锁（rdlock）和写锁（wrlock）的实现进行分析和说明。

rwlock实现

首先对rwlock的读锁rw_rdlock()的实现my_rw_rdlock()（mysys\thr_rwlock.c:224）进行分析。源码实现如下所示：

int my_rw_rdlock(my_rw_lock_t *rwp)

{

#ifdef _WIN32

if (have_srwlock)

return srw_rdlock(rwp);

#endif

pthread_mutex_lock(&rwp->lock);

/* active or queued writers */

while (( rwp->state < 0 ) || rwp->waiters)

pthread_cond_wait( &rwp->readers, &rwp->lock);

rwp->state++;

pthread_mutex_unlock(&rwp->lock);

return(0);

}

从以上定义中可知，直到没有写者并且无写者等待时，获取读锁，核心实现为函数中重点标示的部分。

rwlock写锁rw_wrlock()实现my_rw_rwlock()（mysys\thr_rwlock.c:264）的源码如下所示。

int my_rw_wrlock(my_rw_lock_t *rwp)

{

#ifdef _WIN32

if (have_srwlock)

return srw_wrlock(rwp);

#endif

pthread_mutex_lock(&rwp->lock);

rwp->waiters++; /* another writer queued */

my_rw_lock_assert_not_write_owner(rwp);

while (rwp->state)

pthread_cond_wait(&rwp->writers, &rwp->lock);

rwp->state = -1;

rwp->waiters--;

#ifdef SAFE_MUTEX

rwp->write_thread= pthread_self();

#endif

pthread_mutex_unlock(&rwp->lock);

return(0);

}

由以上函数实现可知，直到当前没有读者时，获取写锁。并且设置为写者状态，写者等待数减少1。核心实现见以上函数中重点标示部分。

从以上实现中可知，读者和写者是公平竞争锁资源的。在mysql的很多场景下，都使用了rwlock，如：权限控制（sql_acl）、插件（sql_plugin）、日志（log）、myisam存储引擎等子系统。然而，在某些情况下，对读多写少的情况下，这种公平竞争锁资源的实现就显得不尽人意，如表定义。因此，mysql实现了另一种锁pr_lock锁，用于读优先的多线程控制。

pr_lock实现

根据pr_lock的数据结构定义，对pr_lock的读锁rw_pr_rdlock()（mysys\thr_rwlock.c:375）的实现进行分析，源码如下：

int rw_pr_rdlock(rw_pr_lock_t *rwlock)

{

pthread_mutex_lock(&rwlock->lock);

The fact that we were able to acquire 'lock' mutex means

that there are no active writers and we can acquire rd-lock.

Increment active readers counter to prevent requests for

wr-lock from succeeding and unlock mutex.

rwlock->active_readers++;

pthread_mutex_unlock(&rwlock->lock);

return 0;