等待多个信号量或多个消息队列

Question

In most implementations of UNIX, processes can block on more than one event. That is, rather than waiting on a single semaphore or receiving from a single message queue, the process can wait on multiple semaphores or multiple message queues. What advantage does such a capability offer? How would you implement this?

现在，在每个人开始问这是不是我的作业之前，不是。这是我正在参加的 class 的推荐考试题目。

我对此的看法 - 是这样的：

typedef struct QueueElement {
    int Sender;
    int Receiver;
    char Message[MAX_MSG_SIZE];
    int MessageSize;
} QueueElement;

QueueElement MessageQueue[NUM_OF_PROCESSES];



/* Send Message to receiving process queue number */
int SendMsg(int SenderId, int ReceiverId, char* Msg, int Size)
{
    /* Create Queue Element to Enqueue */
    QueueElement El = {
        .Sender = SenderId,
        .Receiver = ...
        .
        .
    };

    /* Enqueue element in queue specified by Receiver's Id */
    Enqueue(&(MessageQueue[ReceiverId]), El);
}



/* Get messages for process defined by ReceiverId, from any queue */
int RecvMsg(int* SenderId, int ReceiverId, char* Msg, int* size)
{
    int i;
    for (i=NUM_OF_PROCESSES; i>=0; i--)
    {
        /* If a message is available for receiving process, Dequeue element from queue */
        if (MessageQueue[i].Receiver = ReceiverId)
        {
            QueueElement El = Dequeue(&(MessageQueue[i]));
            *SenderId = El.Sender;
            strcpy(Msg, El.Message);
            .
            .
            .

            return TRUE;
        }
    }

    return FALSE;
}

现在，考虑并行处理 4 个进程运行。他们不断地向消息队列 1、2、3、4 发送消息。现在，假设所有消息都被发送到进程 2。这意味着进程 2 必须检查所有 4 个队列（1、2、3、4）中的消息。但是，如果不断添加新消息，则只会处理队列 4 中的消息。如何摆脱其他消息队列的饥饿？

有没有更好的方法来处理这个问题？现代建筑如何处理这个问题？此解决方案的问题是，如果消息不断进入高优先级队列 (NUM_OF_PROCESSES)，则永远不会处理低优先级队列中的消息。

Answer 1

Is there a better way to handle this?

是的。主要问题是您的代码不断浪费 CPU 时间轮询，因为它根本不等待。

更好的方法是放在内核中，这样：

当任务调用 RecvMsg() 时，内核可以自动执行 if no messages in queue { tell scheduler this task should block until a message is received }（没有竞争条件）
当任何东西调用 SendMsg() 时，内核可以自动执行 if receiving task is blocked waiting for a message { tell scheduler the receiving task should be unblocked }（没有竞争条件）

下一个问题是它只等待消息。如果你想等待一个文件被（异步）打开，或者等待一个信号，或者等待时间过去，或者等待一个互斥量被获取怎么办？对于这个问题，有两种可能的解决方案：

有一个可怕的混乱（例如 epoll_pwait()），不同类型的东西有不同的参数（仍然不能用于某些事情 - 例如等待互斥锁）。
在消息之上实现所有内容，这样您只需等待消息。

针对第二种方案；您最终大多会用 actor 模型取代传统的过程式编程。

Answer 2

我认为您的代码没有按照提问者的意图回答问题。扩展问题的内容：

通常你可以调用 read() 之类的东西来读取文件描述符，它会阻塞直到有数据进来。但是，如果你有多个文件描述符，并且你想阻塞所有文件描述符怎么办？它们同时出现，直到数据进入它们中的任何一个？你不能用一个简单的 read() 来做到这一点，它只需要一个文件描述符。

您需要哪种 API？显示一个函数或一组函数，可以让某人同时阅读多个来源。

提示： select() 正是这样做的。 google 的良好关键字包括 "select"、"multiplexing" 和 "non-blocking I/O"。

Answer 3

当使用不同的优先级消息队列时，reader 将继续为高优先级队列提供服务，当用完时，它将移至低优先级队列。如果不使用优先级，可以使用线程并行服务队列，但不能保证消息在不同队列中出现的顺序。

等待多个信号量或多个消息队列

Waiting on multiple semaphores or multiple message queues

c

unix

cpu-architecture

blocking

epoll