C中共享内存环境中的互斥实现

Question

我想实现（C）基于共享内存的通信生产者/消费者机制。 它替代了客户端和远程服务器之间的流套接字通信。 网络中的节点共享一个内存池以彼此通信。 服务器可以在内存区域中写入数据（产生），而客户端应该读取（消耗）数据。 我的软件实际上使用读取线程（客户端）和写入线程（服务器端）。 线程驻留在不同的计算机上（分布式）。

实现互斥访问共享内存区域的最佳，最快的方法是什么？ （内存是两台机器的外部存储器，只是被引用）如果客户端不读取数据，服务器应自动生成数据（写入）。 如果服务器未写入，则客户端应自动消耗（读取）数据。

很明显，我需要类似phthread互斥的机制。 在这种情况下，线程正在等待通过本地内核中断来解锁。 phthread实现是否也可以在此分布式方案上工作（将锁定变量放置在共享内存中-选项PTHREAD_PROCESS_SHARED设置）？

我该如何不同地实现快速可靠的互斥锁，以使客户端线程和服务器线程依次访问共享区域，从而确保数据一致性？

Answer 1

因此，简短的答案是：只要pthread知道您的特定系统，就可以使用pthread互斥机制。 否则，您需要查看特定的硬件/操作系统以获取帮助。

这个长答案将有些笼统，因为该问题并未提供有关所使用的分布式共享内存的确切实现的许多详细信息。 我将尝试解释什么是可能的，但是如何实现将取决于实现。

正如@Rod所建议的，可以使用一个或多个互斥锁来实现生产者-消费者系统，而问题是如何实现互斥锁。

互斥锁可以被视为具有两个状态{LOCKED，UNLOCKED}和两个原子操作的对象：

• 锁定：如果状态为“已锁定”，则阻止直到“未锁定”。 将状态设置为LOCKED并返回。
• 解锁：将状态设置为UNLOCKED并返回。

通常，操作系统内核通过在抽象互斥对象上实现这些操作来提供互斥。 例如，Unix的某些变体将互斥量和信号量实现为对文件描述符的操作。 在那些系统上，pthreads将利用内核工具。

这种方法的优点是用户空间程序不必关心它的实现方式。 缺点是每个操作都需要调用内核，因此与下一个选项相比，它可能相对较慢：

互斥锁也可以实现为存储值（0或1）以指示UNLOCKED和LOCKED的存储位置（假设为1个字节长）。 可以使用标准内存读/写指令对其进行访问。 我们可以使用以下（假设的）原子操作来实现锁定和解锁：

1. 比较并设置：如果内存位置的值为0，则将其设置为值1，否则失败。
2. 条件等待：阻塞，直到内存位置的值为0。
3. 原子写入：将内存位置设置为值0。

一般来说，＃1和＃3是使用特殊的CPU指令实现的，而＃2需要一些内核支持。 这几乎就是如何实现pthread_mutex_lock的方式 。

这种方法具有速度优势，因为仅在竞争互斥锁（其他人拥有锁）时才需要内核调用。