MVar 在 C 中的实现？答案

【问题标题】：Implementation of MVar in C?MVar 在 C 中的实现？
【发布时间】：2012-02-12 20:55:53
【问题描述】：

在 C 中是否有任何已知的 Haskell MVar 实现？有一个 example 关于如何在 C++ 中实现它。但是，我想在 C 中实现它——让我们现在只说在 C 中等效的 MVar CInt。编写同步原语可能很棘手。所以，如果有人已经做过，我想避免重复工作。我对上面的 C++ 示例理解得不够好，无法自信地将其翻译成 C - 它很好地隐藏了我没有 C++ 经验的算法细节:)

我考虑用 C 编写 MVar 的原因是因为它使我可以很容易地使用 FFI 绑定到外部 C 库来获取数据流，并使用 Haskell 线程来获取数据（来自 Storable向量以避免封送数据 - 此处的 MVar CInt 存储已填充多少可存储向量）。我需要确保在 Haskell 线程读取数据时，写入可存储位置的 C 线程被阻塞。这就是 C 端的 MVar 同步有帮助的地方。从 Haskell 调用不安全甚至安全的 C 函数（在我的测试中为不安全约 15ns，为安全约 150ns）也比从 C 回调到 Haskell（约 5us）要快得多。如果回调速度很快，我会改为将 C 函数调用回 Haskell，并阻止 Haskell MVar。

更新：

伪代码中的算法也可以。考虑到 newEmptyMVar、takeMVar 和 putMVar 的算法，用 C 语言实现它应该很容易。

【问题讨论】：

对于那些不熟悉 Haskell 的MVar，请参阅：Control.Concurrent.MVar
我无法帮助您解决您的问题，但是您从哪里得到时间在 Haskell 和 C 之间进行外部通话。昨天，我一直在徘徊如何使用标准进行基准测试。
@jmg，这里的代码（对于 haskell->C）：hpaste.org/56609。那里没有标准基准，但应该很简单，结果应该非常接近。对于 C->Haskell 回调，请参阅这篇文章中的代码：stackoverflow.com/questions/8902568/…

标签： c haskell synchronization ffi

【解决方案1】：

示例中的代码不是 C++ 特定的。基本位正是pthread-fragments。

【讨论】：

【解决方案2】：

MVar 可以使用如下结构在 C 中实现：

typedef struct{
  pthread_cond_t put_cond;
  pthread_cond_t take_cond;
  pthread_mutex_t lock;
  void* value;
} mvar;

put_cond 被将值放入 MVar 的线程用来向其他线程发出信号，这些线程正在等待从 MVar 获取值。 take_cond 与 take 类似。至于调度，是默认调度。

value 是一个 void 指针 - 因此，上述结构可用于保护 MVar 中的任何类型的值 - 当然，C 将允许您在 MVar 之外写入该指针 - 因此，程序负责确保不会发生这种情况（通过避免将 value 指针移到 MVar 之外 - 始终通过 MVar 函数访问它）。

初始化MVar:

mvar* newMVar(void* arg){
 //create new mvar struct
 mvar* var=(mvar*) malloc(sizeof(mvar));
 pthread_mutex_init(&var->lock,NULL);
 pthread_cond_init(&var->take_cond,NULL);
 pthread_cond_init(&var->put_cond,NULL);
 var->value = arg;
 return (mvar*) var;
}

空MVar - 使用上述函数：

mvar* newEmptyMVar(){
 return newMVar(NULL);
}

putMVar:

void putMVar(mvar* var,void* value){
  pthread_mutex_lock(&var->lock);
  while(var->value != NULL)
    pthread_cond_wait(&var->put_cond,&var->lock);//if MVar is full, wait until another thread takes the value - release the mutex,  and wait on put_cond to become true
  var->value = value;//if here, we got the signal from another thread that took MVar - MVar is empty now. OK to fill
  pthread_cond_signal(&var->take_cond);//signal other threads that value is available for taking now
  pthread_mutex_unlock(&var->lock);
}

takeMVar:

void* takeMVar(mvar* var){
  void* value;
  pthread_mutex_lock(&var->lock);
  while(var->value == NULL)
    pthread_cond_wait(&var->take_cond,&var->lock);//if MVar is empty, wait until another thread fills it - release the mutex, and   wait on take_cond to become true
  //take the value
  value = var->value;
  var->value = NULL; //push NULL value to indicate MVar is empty now
  pthread_cond_signal(&var->put_cond);//signal other threads that value is available for filling now
  pthread_mutex_unlock(&var->lock);
  return value; //return the value that was taken from MVar
}

完整代码在github，example 显示如何使用 MVar。

如果只有一个线程访问它（并且竞争很激烈），MVar 会非常快。但是，在激烈的争用和多个线程（甚至两个）的情况下，它的扩展性很差。由于 pthread 的工作方式，这并不奇怪。我发现 Haskell 中的 MVar 非常适合多线程。考虑到轻量级线程和并发原语在 GHC 中的实现非常好，这不足为奇。

【讨论】：