Windows Programming/讀寫鎖

讀寫鎖（Slim Read Write Lock, SRW）是自Windows Vista 引入的線程同步用的輕量級工具。從React OS的實現看，SRW具有下述特點：

適用於一個進程內部各線程的讀操作、寫操作同步
各線程採用自旋鎖忙等待

SRW Lock是一個4字節長的指針。它的低4位被用於4個不同的標誌，對應的宏定義：

#define RTL_SRWLOCK_OWNED_BIT   0       //是否有线程正占有资源
#define RTL_SRWLOCK_CONTENDED_BIT   1   //是否有线程在等待 
#define RTL_SRWLOCK_SHARED_BIT  2       //是否有线程正在读取 
#define RTL_SRWLOCK_CONTENTION_LOCK_BIT 3  //作为线程等待块（WaitBlock）链表的表头指针修改时的自旋锁

#define RTL_SRWLOCK_OWNED   (1 << RTL_SRWLOCK_OWNED_BIT) //第0位为1表示有线程正在读/写共享资源  
#define RTL_SRWLOCK_CONTENDED   (1 << RTL_SRWLOCK_CONTENDED_BIT) //第1位为1表示一个或者多个生产线程在等待独占资源  
#define RTL_SRWLOCK_SHARED  (1 << RTL_SRWLOCK_SHARED_BIT)//第2位为1表示一个或者多个消费线程正在读取  
#define RTL_SRWLOCK_CONTENTION_LOCK (1 << RTL_SRWLOCK_CONTENTION_LOCK_BIT) //第3位为1标识有一个线程在修改WAITBLOCK结构的表头指针  

#define RTL_SRWLOCK_MASK    (RTL_SRWLOCK_OWNED | RTL_SRWLOCK_CONTENDED | \  
	RTL_SRWLOCK_SHARED | RTL_SRWLOCK_CONTENTION_LOCK)
#define RTL_SRWLOCK_BITS    4

SRW Lock的高28位的作用：

只有讀操作線程時，則是所有讀操作線程的數量；
有寫操作線程時，是線程等待塊（Wait Block）鍊表的表頭指針。因為它所指向的內存塊的對齊方式是16個字節，即地址的最低4位都是0。寫/讀線程分別調用AcquireSRWLockExclusive或者AcquireSRWLockShared時，會將一個在線程棧上構建的結構體掛入SRW Lock所指向的鍊表。

等待塊的結構體定義：

typedef struct _RTLP_SRWLOCK_WAITBLOCK
{
 LONG SharedCount; //有多少线程 在等待读取  
 volatile struct _RTLP_SRWLOCK_WAITBLOCK *Last;
 volatile struct _RTLP_SRWLOCK_WAITBLOCK *Next;   //链表节指针  

 union
 {
    LONG Wake;                                   //非0表示可以被唤醒，0表示继续睡眠  
    struct
    {
       PRTLP_SRWLOCK_SHARED_WAKE SharedWakeChain;   //需要被唤醒的消费线程链表  
       PRTLP_SRWLOCK_SHARED_WAKE LastSharedWake;//最后一个要被唤醒的读操作线程。如果多个读操作线程等待，形成一个链表  
    };
 };
 BOOLEAN Exclusive;              //1表示该结构体对象由生产线程构建在栈上，0表示结构体由消费线程构建在栈上  
} volatile RTLP_SRWLOCK_WAITBLOCK, *PRTLP_SRWLOCK_WAITBLOCK;

typedef struct _RTLP_SRWLOCK_SHARED_WAKE //单向链表结构 ，代表每个需要被唤醒的读线程
{
	LONG Wake;   //唤醒标志，非0唤醒，0睡眠  
	volatile struct _RTLP_SRWLOCK_SHARED_WAKE *Next;
} volatile RTLP_SRWLOCK_SHARED_WAKE, *PRTLP_SRWLOCK_SHARED_WAKE;

總結狀態-動作表（有限狀態自動機）：

讀寫鎖狀態			讀線程申請鎖	讀線程釋放鎖	寫線程申請鎖	寫線程釋放鎖	注釋
占用與等待線程均為空			高24位共享計數置1，置位RTL_SRWLOCK_SHARED與RTL_SRWLOCK_OWNED	不可能	置位RTL_SRWLOCK_OWNED	不可能	初始化狀態
讀線程占用	無等待線程		高24位共享計數加1，保持RTL_SRWLOCK_SHARED 與RTL_SRWLOCK_OWNED置位	高24位共享計數減1，不為0則保持SHARED與OWND置位	棧上的StackWaitBlock 成為第一個等待塊，置位 RTL_SRWLOCK_SHARED,RTL_SRWLOCK_OWNED與 RTL_SRWLOCK_CONTENDED	不可能	示例
	有線程等待，第一個等待線程是寫線程	最後一個等待線程是寫線程	棧上的StackWaitBlock 加入等待線程列表的尾部	共享計數減1後如果為0，則等待塊鍊表表頭指向第二個等待塊或置空，原來的第一個等待塊Wake標誌置位	棧上的StackWaitBlock 加入等待線程列表的尾部	不可能	示例
	有線程等待，第一個等待線程是寫線程	最後一個等待線程是讀線程	棧上的SharedWake 塊加入最後一個等待塊的讀線程鍊表的尾部，最後一個等待塊的共享計數加1	共享計數減1後如果為0，則等待塊鍊表表頭指向第二個等待塊或置空，原來的第一個等待塊Wake標誌置位		不可能	示例
	有線程等待，第一個等待線程是讀線程		棧上的SharedWake 塊加入第一個等待塊的讀線程鍊表的尾部，第一個等待塊的共享計數加1	不可能		不可能	示例
寫線程占用	無等待線程		棧上的SharedWake 塊成為第一個等待塊，置位RTL_SRWLOCK_OWNED 與 RTL_SRWLOCK_CONTENDED	不可能	棧上的StackWaitBlock 成為第一個等待塊，置位 RTL_SRWLOCK_SHARED,RTL_SRWLOCK_OWNED與 RTL_SRWLOCK_CONTENDED	置為全0	示例
	有等待線程	最後等待線程是寫線程	棧上的StackWaitBlock 加入等待線程列表的尾部	不可能	棧上的StackWaitBlock 加入等待線程列表的尾部	調整等待塊表頭指針指向第二個等待塊或為空；原來第一個等待塊如果為寫操作則Wake標誌置位，如果為讀操作則SharedBlock鍊表的每一個塊Wake標誌置位	示例
	有等待線程	最後等待線程是讀線程	棧上的SharedWake 塊加入最後一個等待塊的讀線程鍊表的尾部，最後一個等待塊的共享計數加1	不可能	棧上的StackWaitBlock 加入等待線程列表的尾部		示例

下面是各API的具體實現：

VOID NTAPI RtlInitializeSRWLock(OUT PRTL_SRWLOCK SRWLock)
{
    SRWLock->Ptr = NULL;   //直接赋值为0
}