brpc源码解析之butex

butex

butex是一种类似于futex的同步原语,由brpc实现 。但futex只能够用于同步pthread,而butex除了pthread,还可以同步bthread。

butex_wait

实现了等待语义的butex接口如下,

// Atomically wait on |butex| if *butex equals |expected_value|, until the
// butex is woken up by butex_wake*, or CLOCK_REALTIME reached |abstime| if
// abstime is not NULL.
// About |abstime|:
//   Different from FUTEX_WAIT, butex_wait uses absolute time.
// Returns 0 on success, -1 otherwise and errno is set.
int butex_wait(void* butex, int expected_value, const timespec* abstime);

对于bthread来说,butex_wait工作流程为:

  • 快速检查 butex 是否等于 expected_value,如果不相等,返回-1,错误码为 EWOULDBLOCK。有时候,我们需要在值不相等的情况下立刻执行某些动作。为了保证能够看到butex值改变前的某些动作,我们在返回前施加一个acquire屏障。
  • 创建一个 ButexBthreadWaiter 结构,记录相关信息,它会被插入到 butex 的等待队列中。其成员如下所示:
    • tid :bthread的标识。
    • container :记录了butex的值,用于判断该结构是否在butex的等待队列。
    • task_meta:bthread的控制结构,包含了一个bthread的所有信息。
    • sleep_id:定时器任务标识。如果 abstime 不为 NULL,那么会添加一个定时器任务,在超时后调用相应的回调函数。
    • waiter_state:等待者的状态,错误时会根据这个状态设置相应的错误码。
    • expected_value:期望值,用于再次检查 butex 是否等于 expected_value
    • initial_butex:用于记录butex的值。
    • control:一个全局的TaskControl结构,用于在non-worker线程中调度bthread。
  • 如果 abstime 不为 NULL,那就添加一个定时器任务,在超时后调用 erase_from_butex_and_wakeup 函数,该函数会将ButexBthreadWaiter从butex的等待队列中删除。如果删除成功,将 waiter_state 的值设置为 WAITER_STATE_TIMEDOUT 并调度对应的bthread运行。注意,abstime是绝对时间,不是相对时间,而且距离当前时间要大于2微秒,否则接口返回-1,错误码设置为 ETIMEDOUT 。这么做是因为少于2us的超时时间是低效且无用的
  • task_meta.current_waiter 记录ButexBthreadWaiter 结构,用于bthread的中断
  • 设置剩余函数为 wait_for_butex 函数,它会在下一个task的栈中执行,主要用于将ButexBthreadWaiter 结构添加到butex的等待队列中,并设置 container 的值来表示该结构已在butex的等待队列。
  • 找到下一个运行的task并跳转。在该task的栈中执行 wait_for_butex 函数。

一段时间后,bthread可能因为超时或者被 butex_wake_* 系列函数唤醒,从切换点继续执行。

  • 尝试删除定时任务。如果定时任务还在运行,等待。
  • 如果 current_waiter 为空,说明 TaskGroup::interrupt() 正在使用 ButexBthreadWaiter 结构。自旋一段时间,等待中断函数执行完毕。否则,中断函数有可能访问到一个已析构的ButexBthreadWaiter 结构。
  • 如果被中断、或超时、或值不匹配,返回-1并设置相应的errno,否则返回0。

butex_wake

实现了唤醒语义的butex接口如下,

// Wake up at most 1 thread waiting on |butex|.
// Returns # of threads woken up.
int butex_wake(void* butex);

对于bthread来说,butex_wake的工作流程如下:

  • 获取butex等待队列的锁
  • 如果队列为空,立即返回;否则从队列中取出一个正在等待的bthread
  • 如果bthread还有定时任务,取消它
  • 接下来,就是调度该bthread运行。
    • 如果是在某个bthread中调用butex_wake函数,我们直接挂起当前bthread,调度等待的bthread运行
    • 如果不是在worker pthread中,则随机取一个TaskGroup,将等待的bthread加入到它的远程队列。

butex_requeue

butex_requeue接口如下,

// Wake up at most 1 thread waiting on |butex1|, let all other threads wait
// on |butex2| instead.
// Returns # of threads woken up.
int butex_requeue(void* butex1, void* butex2);

唤醒butex1等待队列上的一个bthread,然后将butex1上剩余的bthread转而在butex2上等待。

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