Учебные примеры: библиотека Pthreads
Напомним, что поток — это "облегченный" процесс, т.е. процесс с собственным программным счетчиком и стеком выполнения, но без "тяжелого" контекста (типа таблиц страниц), связанного с работой приложения. Некоторые операционные системы уже давно предоставляли механизмы, позволявшие программистам писать многопоточные приложения. Но эти механизмы отличались, поэтому приложения нельзя было переносить между разными операционными системами или даже между разными типами одной операционной системы. Чтобы исправить эту ситуацию, большая группа людей в середине 1990-х годов определила стандартный набор функций языка С для многопоточного программирования. Эта группа работала под покровительством организации POSIX (Portable Operating System Interface — интерфейс переносимой операционной системы), поэтому библиотека называется Pthreads для потоков POSIX. Сейчас эта библиотека широко распространена и доступна на самых разных типах операционных систем UNIX и некоторых других системах
Библиотека Pthreads содержит много функций для управления потоками и их синхронизации. Здесь описан только базовый набор функций, достаточный для создания и соединения потоков, а также для синхронизации работы потоков с помощью семафоров. (В разделе 5.5 описаны функции для блокировки и переменных условия.) Также представлен простой, но достаточно полный пример приложения типа "производитель-потребитель". Он может служить базовым шаблоном для других приложений, в которых используется библиотека Pthreads.
Глава 4. Семафоры 155
нием области планирования. Часто программист хочет, чтобы планирование потока происходило глобально, а не локально, т.е. чтобы поток конкурировал за процессор со всеми потоками, а не только с созданными его родительским потоком. В вызове функции pthread_attr_setscope, приведенном выше, это учтено.10 Новый поток создается вызовом функции pthread_create:
pthread_create(&tid, &tattr, start_func, arg);
Первый аргумент — это адрес дескриптора потока, заполняемый при его успешном создании. Второй — адрес дескриптора атрибутов потока, который был инициализирован предыдущим. Новый поток начинает работу вызовом функции start_func с единственным аргументом arg. Если поток создан успешно, функция pthread_create возвращает нуль. Другие значения указывают на ошибку.
Поток завершает свою работу следующим вызовом: pthread_exit(value);
Параметр value — это скалярное возвращаемое значение (или NULL). Процедура exit вызывается неявно, если поток возвращается из функции, выполнение которой он начал.
Родительский процесс может ждать завершения работы сыновнего процесса, выполняя функцию
pthread_join(tid, value_ptr);
Здесь tid является дескриптором сыновнего процесса, а параметр value_ptr — адресом переменной для возвращаемого значения, которая заполняется, когда сыновний процесс вызывает функцию exit.
4.6.2. Семафоры
Потоки взаимодействуют с помощью переменных, объявленных глобальными по отношению к функциям, выполняемым потоками. Потоки могут синхронизироваться с помощью активного ожидания, блокировок, семафоров или условных переменных. Здесь описаны семафоры; блокировки и мониторы представлены в разделе 5.5.
Заголовочный файл semaphore.h содержит определения и прототипы операций для семафоров. Дескрипторы семафоров определены как глобальные относительно потоков, которые будут их использовать, например: sem_t mutex;
Дескриптор инициализируется вызовом функции sem_init. Например, следующий вызов присваивает семафору mutex значение 1:
sem_init(&mutex, SHARED, 1) ;
Если параметр shared не равен нулю, то семафор может быть разделяемым между процессами, иначе семафор могут использовать только потоки одного процесса. Эквивалент операции Р в библиотеке Pthreads— функция sem_wait, а операции V— функция sem_post. Итак, один из способов защиты критической секции с помощью семафоров выглядит следующим образом.
sem_wait(umutex); /* Р(mutex) */
критическая секция;
sem_post(fcmutex); /* V(mutex) */
Кроме того, в библиотеке Pthreads есть функции для условного ожидания на семафоре, получения текущего значения семафора и его уничтожения.
10
Программы, приведенные в книге и использующие библиотеку Pthreads, тестировались с помощью операционной системы Solaris. На других системах для некоторых атрибутов могут понадобиться другие значения. Например, в системе IRIX видимость для планирования должна быть указана как PTHREAD_SCOPE_PROCESS, и это значение установлено по умолчанию.
156 Часть 1 Программирование с разделяемыми переменными
4.6.3. Пример: простая программа типа "производитель-потребитель"
В листинге 4.14 приведена простая программа типа производитель-потребитель, аналогичная программе в листинге 4.3. Функции Producer и Consumer выполняются как независимые потоки. Они разделяют доступ к буферу data. Функция Producer помещает в буфер последовательность целых чисел от 1 до значения numlters. Функция Consumer извлекает и складывает эти значения. Для обеспечения попеременного доступа к буферу процесса-производителя и процесса-потребителя использованы два семафора, empty и full.
Функция main инициализирует дескрипторы и семафоры, создает два потока и ожидает завершения их работы. При завершении потоки неявно вызывают функцию pthread_exit. В данной программе аргументы потокам не передаются, поэтому в функции pthread_create использован адрес NULL. Пример, в котором используются аргументы потоков, приведен в разделе 5.5.
Глава 4 Семафоры
}
printf{"Сумма равна %d\n", total);
}___________________________________________________________________
