为并行程序设计的，无锁的、无内存拷贝的高速缓冲区
线程Producer产生我们所需的数据，线程Consumer消耗Producer生成的数据。为使Producer与Consumer并行，连接两者的缓冲区进行良好的设计。
以下是《操作系统 精髓与设计原理》中解决这一问题的代码
const int sizeofbuffer = /* 缓冲区大小*/
semaphore s = 1, n = 0, e = sizeofbuffer;
/* s 是缓冲区的锁*/
void producer()
{
while (true){
produce();
semWait(e);
semWait(s);
append();
semSignal(s);
semSignal(n);
}
}
void consumer()
{
while (true){
semWait(n);
semWait(s);
take();
semSignal(s);
semSignal(e);
consume();
}
}
void main()
{
parbegin(producer, consumer);
}上述模型在使用时应注意两个问题：
- 对缓冲区的访问仍然是有锁的。
- 缓冲区中的数据是由append()和take()两个函数得到更新的，应尽可能的避免内存拷贝。
为解决这两个问题，作如下改进：
void producer()
{
while (true){
semWait(e);
buf = getonebuf(); /*向缓冲区申请空间*/
produce(buf); /*将produce生成的数据放置于缓冲区*/
semSignal(n);
}
}
void consumer()
{
while (true){
semWait(n);
buf = take(); /*从缓冲区中提取一份数据*/
consume(buf); /*完成对该数据的处理*/
semSignal(e);
}
}以以上代码为原型，将缓冲区封装后：
ParallelBuffer *pb;
void producer()
{
void *buf;
while (true){
buf = push(pb); /*若缓冲区则满等待,直到consumer取走了一份数据*/
produce(buf);
append(pb); /*缓冲区数据量加一*/
}
}
void consumer()
{
void *buf;
while (true){
buf = pop(pb); /*若缓冲区为空则等待，直到producer生成了一份数据*/
consume(buf);
take(pb);/*缓冲区数据量减一*/
}
}
void main()
{
init(pb);
parbegin(producer, consumer);
}main:
const elementsofbuffer = /*缓冲区中元素个数(>=1)*/
ParallelBuffer pb;
pb_init(&pb, sizeof(element), elementsofbuffer);
...
pb_free(&pb); /*结束时释放缓存空间*/producer:
void *buf;
size_t elementsize; /*produce生成数据的长度*/
while(some condition){
buf = pb_push(&pb);
elementsize = produce(buf);/*保存生成长度为elementsize的数据到buf中*/
pb_append(&pb, elementsize);
}
pb_producefin(&pb);consumer:
void *buf;
size_t elementsize;
/*producer 数据生成完成，且缓冲区数据都已处理时结束 */
while(!pb_processfin(&pb)){
buf = pb_pop(&pb, &elementsize);/*从缓冲区中取出一份数据，长度保留在elementsize中*/
consume(buf, elementsize);/*处理取出的数据*/
pb_take(&pb);
}