Linux平台上实现队列

最新推荐文章于 2023-01-30 11:26:38 发布

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Linux上目前有两种事件通知方式，一种是线程条件变量，一种是利用eventfd实现事件通知，下面介绍一下利用这两种方法实现异步队列的方法。

线程条件变量

唤醒丢失问题

如果线程未持有与条件相关联的互斥锁，则调用 pthread_cond_signal() 或 pthread_cond_broadcast() 会产生唤醒丢失错误。满足以下所有条件时，即会出现唤醒丢失问题：

一个线程调用 pthread_cond_signal() 或 pthread_cond_broadcast()
另一个线程已经测试了该条件，但是尚未调用 pthread_cond_wait()
没有正在等待的线程

信号不起作用，因此将会丢失，仅当修改所测试的条件但未持有与之相关联的互斥锁时，才会出现此问题。只要仅在持有关联的互斥锁同时修改所测试的条件，即可调用 pthread_cond_signal() 和 pthread_cond_broadcast()，而无论这些函数是否持有关联的互斥锁。

线程条件变量使用方法

get_resources(int amount)    
{    
    pthread_mutex_lock(&rsrc_lock);    
    while (resources < amount) 
   {    
        pthread_cond_wait(&rsrc_add, &rsrc_lock);
   }   
   resources -= amount;
   pthread_mutex_unlock(&rsrc_lock);

}

add_resources(int amount)
{

pthread_mutex_lock(&rsrc_lock);
   resources += amount;
   pthread_cond_broadcast(&rsrc_add);
   pthread_mutex_unlock(&rsrc_lock);
}

eventfd

int eventfd(unsigned int initval, int flags);

eventfd 是Linux提供内核态的事件等待/通知机制，内核维护了一个8字节的整型数，该整型数由 initval 来初始化， flags 参数可以由以下值位或而来：

EFD_CLOEXEC:设置该描述符的 O_CLOEXEC 标志。
EFD_NONBLOCK:设置描述符为非阻塞模式。
EFD_SEMAPHORE:设置描述符为信号量工作模式，在此模式下， read 模式会使整型数减1并返回数值1。

当内核维护的8字节整型数为0时， read 操作会阻塞，如果为fd设置为非阻塞模式，则返回 EAGAIN 错误。

简单的唤醒队列

下面我们实现一个简单的环形队列：

#define default_size 1024

typedef struct queue
{
    int header; int tail; int size; int capcity; void **_buf; } queue_t; queue_t *queue_create(int size) { queue_t *q = malloc(sizeof (queue_t)); if (q != NULL) { if (size > 0) { q->_buf = malloc(size); q->capcity = size; } else { q->_buf = malloc(default_size * sizeof (void *)); q->capcity = default_size; } q->header = q->tail = q->size = 0; } return q; } int queue_is_full(queue_t *q) { return q->size == q->capcity; } int queue_is_empty(queue_t *q) { return q->size == 0; } void queue_push_tail(queue_t *q, void *data) { if (!queue_is_full(q)) { q->_buf[q->tail] = data; q->tail = (q->tail + 1) % q->capcity; q->size++; } } void *queue_pop_head(queue_t *q) { void *data = NULL; if (!queue_is_empty(q)) { data = q->_buf[(q->header)]; q->header = (q->header + 1) % q->capcity; q->size--; } return data; } int *queue_free(queue_t *q) { free(q->_buf); free(q); }

线程变量实现的异步队列

typedef struct async_queue
{
    pthread_mutex_t mutex;
    pthread_cond_t cond;
    int waiting_threads;
    queue_t *_queue;
} async_queue_t;
async_queue_t *async_queue_create(int size)
{
    async_queue_t *q = malloc(sizeof (async_queue_t)); q->_queue = queue_create(size); q->waiting_threads = 0; pthread_mutex_init(&(q->mutex), NULL); pthread_cond_init(&(q->cond), NULL); return q; } void async_queue_push_tail(async_queue_t *q, void *data) { if (!queue_is_full(q->_queue)) { pthread_mutex_lock(&(q->mutex)); queue_push_tail(q->_queue, data); if (q->waiting_threads > 0) { pthread_cond_signal(&(q->cond)); } pthread_mutex_unlock(&(q->mutex)); } } void *async_queue_pop_head(async_queue_t *q, struct timeval *tv) { void *retval = NULL; pthread_mutex_lock(&(q->mutex)); if (queue_is_empty(q->_queue)) { q->waiting_threads++; while (queue_is_empty(q->_queue)) { pthread_cond_wait(&(q->cond), &(q->mutex)); } q->waiting_threads--; } retval = queue_pop_head(q->_queue); pthread_mutex_unlock(&(q->mutex)); return retval; } void async_queue_free(async_queue_t *q) { queue_free(q->_queue); pthread_cond_destroy(&(q->cond)); pthread_mutex_destroy(&(q->mutex)); free(q); }

eventfd实现的异步队列

typedef struct async_queue
{
    int efd; //event fd
    fd_set rdfds; //for select
    queue_t *_queue; } async_queue_t; async_queue_t *async_queue_create(int size) { async_queue_t *q = malloc(sizeof (async_queue_t)); q->efd = eventfd(0, EFD_SEMAPHORE|EFD_NONBLOCK); q->_queue = queue_create(size); FD_ZERO(&(q->rdfds)); FD_SET(q->efd, &(q->rdfds)); return q; } void async_queue_push_tail(async_queue_t *q, void *data) { unsigned long long i = 1; if (!queue_is_full(q->_queue)) { queue_push_tail(q->_queue, data); write(q->efd, &i, sizeof (i)); } } void *async_queue_pop_head(async_queue_t *q, struct timeval *tv) { unsigned long long i = 0; void *data = NULL; if (select(q->efd + 1, &(q->rdfds), NULL, NULL, tv) == 0) { return data; } else { read(q->efd, &i, sizeof (i)); return queue_pop_head(q->_queue); } } void async_queue_free(async_queue_t *q) { queue_free(q->_queue); close(q->efd); free(q); }