Огородов В.А. Лекции по ОСРВ
Подождите немного. Документ загружается.
5.7. Пример использования объектов синхронизации POSIX
Для борьбы с этим явлением вводится объект mutex, который фактически состоит из пары: булевского
семафора и идентификатора задачи - текущего владельца семафора (т.е. той задачи, которая успешно
вызвала функцию взять и стала владельцем разделяемого ресурса). Для доступа к объекту mutex m
определены три примитивные операции:
•65535 Lock(m) - блокировать mutex m , если m уже заблокирован другой задачей, то эта операция
переводит задачу в состояние ожидания разблокирования пг;
•65535 Unlock(m) - разблокировать mutex m , (если m ожидается другой задачей, то она может
быть активизирована, удалена из очереди ожидания и может вытеснить текущую задачу, например,
если ее приоритет выше); если вызвавшая эту операцию задача не является владельцем пг, то операция
не имеет никакого эффекта;
•65535 TryLock(m) - попробовать блокировать mutex m , если m не блокирован, то эта операция
эквивалентна Lock(m), иначе возвращается признак неудачи.
Эти операции неделимы, т.е. переключение задач во время их исполнения запрещено. 5.6.2. Объекты
синхронизации типа condvar
Объект синхронизации типа condvar дает возможность задаче ожидать выполнения некоторых
условий. Фактически он состоит из объекта - события Е (см. раздел 5.2), с одним отличием: при
поступлении события (посредством функции Send) только одна из очереди ожидающих события задач
активизируется. Для доступа к объекту condvar Е определены три примитивные операции:
• Wait(E, m ) (где m типа mutex) - производит следующие действия (первые два из них неделимы, т.е.
переключение задач во время их исполнения запрещено):
—65535 вызвать Unlock(m) для текущей задачи (т.е. вызвавшей эту операцию),
—65535 вызвать Wait(E),
—65535 вызвать Lock(m);
•65535 Signal(E) - вызвать Send(E);
•65535 Broadcast(E) - вызвать Send(E) и активизировать все ожидающие задачи (т.е. тот же эффект,
что и для функции Send, описанной в разделе 5.2.
5.7. Пример использования объектов синхронизации POSIX
Приводимая ниже программа считывает строку со стандартного ввода и выводит ее на стандартный
вывод. Для чтения строки и для ее вывода создаются две задачи (thread), кодом для которых являются
функции reader и writer соответственно. Поскольку задачи работают в том же адресном пространстве,
что и создавший их процесс, то они автоматически разделяют все переменные, включая буфер сообщений
msgbuf. Для организации взаимного исключения при доступе к критическим разделяемым ресурсам
(переменным done, msglen, msgbuf) используется объект синхронизации mutex mutx.
♦include <stdio.h>
♦include <pthread.h>
/* Компиляция в POSIX-совместимых системах (например, Linux):
*/
/* сс <имя_файла> -Ipthread
*/
♦define BUF_LEN 256
31
5. Синхронизация и взаимодействие процессов
pthread_mutex_t mutx; /* Объект синхронизации типа mutex */
32
}
5.7. Пример использования объектов синхронизации POSIX
int done; /* Признак окончания работы
*/
int msglen; /* Длина сообщения
*/
char msgbuf[BUF_LEN]; /* Буфер для сообщения
*/
/* Ждать сообщения, по его поступлении вывести его на экран.
Функция работает как независимая задача, вызываемая
операционной системой, поэтому прототип фиксирован.
Аргумент argp не используется. */
void * writer (void * argp)
{
for (;;)
{
pthread_mutex_lock (femutx); /* "захватить" mutex
*/
if
(done)
{
/* Напечатать идентификатор текущей задачи
*/
printf ("Thread %x exits\n", (int)pthread_self ());
pthread_mutex_unlock (femutx); /* "освободить" mutex
*/
pthread_exit (0); /* завершить задачу
*/
return 0; /* никогда
*/
}
if (msglen)
{
printf ("*> %s\n", msgbuf); /* вывести на экран */
msglen = 0;
}
pthread_mutex_unlock (femutx); /* "освободить" mutex
*/
/* Поместить задачу в конец очереди готовых задач с тем
*/
/* же приоритетом
*/
sched_yield ();
}
}
/* Считать сообщение и поместить его в буфер.
Функция работает как независимая задача,
вызываемая операционной системой, поэтому
прототип фиксирован. Аргумент argp не
используется. */
void * reader (void *argp)
{
33
5. Синхронизация и взаимодействие процессов
for (;;)
{
pthread_mutex_lock (femutx); /* "захватить" mutex
*/
if (!msglen)
{
/* Считать сообщение. Выход no Ctrl+D
*/
if (Ifgets (msgbuf, BUF_LEN, stdin))
break;
msglen = strlen (msgbuf) + 1;
}
pthread_mutex_unlock (femutx); /* "освободить" mutex
*/
/* Поместить задачу в конец очереди готовых задач с тем
*/
/* же приоритетом
*/
sched_yield ();
34
}
5.7. Пример использования объектов синхронизации POSIX
I*
Напечатать идентификатор текущей задачи */
printf ("Thread %х exits\n", (int)pthread_self О);
pthread_imitex_unlock (femutx); /* "освободить" mutex */
pthread_exit (0); /* завершить задачу */
return 0; /* никогда */
}
int main ()
{
pthread_t wtid, rtid; /* дескрипторы задач */
if (pthread_mutex_init (femutx, 0)) /* создать mutex */
perror ("pthread_mutex_init");
if (pthread_create (fewtid, 0, writer, 0)) /* создать задачу */
perror ("pthread_create"); if (pthread_create (fertid, 0,
reader, 0)) /* создать задачу */
perror ("pthread_create");
if (!pthread_join (rtid, 0)) /* ждать окончания задачи rtid
*/ done = 1;
pthread_join (wtid, 0); /* ждать окончания задачи wtid */
if (pthread_mutex_destroy (femutx)) /* удалить mutex */
perror ("pthread_mutex_destroy");
return 0;
}
Если во время работы этой программы посмотреть список задач в системе, то мы увидим, что этой
программе их соответствует четыре (!):
1. запущенный процесс,
1. "главная" задача, соответствующая функции main,
1. задача, соответствующая функции reader,
1. задача, соответствующая функции writer.
Приведенная выше программа является не совсем корректной в следующем смысле. Каждая из функций
reader/writer делает предположение о том, что вторая функция writer/reader в момент вызова
функции sched_yield ждет только освобождения mutex mutx. Для данной программы это
предположение верно, но в общем случае требуется обеспечить, чтобы после выполнения функции reader/
writer следующей выполнялась writer/reader, если же последняя занята (не обработала
предыдущее сообщение), то текущая задача должна перейти в состояние ожидания, а не потреблять
процессорные ресурсы в бесполезном цикле опроса. Ниже приводится модифицированный вариант этой
программы, в котором помимо объекта mutex для взаимного исключения при доступе к разделяемым
данным используется объект condvar для синхронизации самих задач. Функцией pthread_cond_wait
задача переходит в режим ожидания данных от другой задачи, а функцией pthread_cond_signal она
сообщает о готовности данных.
♦include <stdio.h>
♦include <pthread.h>
35
5. Синхронизация и взаимодействие процессов
I*
Компиляция в POSIX-совместимых системах (например, Linux): */
/* сс <имя_файла> -Ipthread
*/
♦define BUF_LEN 256
pthread_mutex_t mutx; /* Объект синхронизации типа mutex */
pthread_cond_t condx; /*
Объект синхронизации типа condvar */
int done; /* Признак окончания работы */
int msglen; /* Длина сообщения */
char msgbuf[BUF_LEN]; /* Буфер для сообщения */
/* Ждать сообщения, по его поступлении вывести его на экран.
Функция работает как независимая задача, вызываемая
операционной системой, поэтому прототип фиксирован. Аргумент
argp не используется. */
void * writer (void * argp)
{
for (;;)
{
pthread_mutex_lock (femutx); /* "захватить" mutex
while (!msglen)
{
/* Освободить mutex и ждать сигнала от condvar, /*
затем "захватить" mutex опять pthread_cond_wait
(fecondx, femutx); if (done) {
/* Напечатать идентификатор текущей задачи
printf ("Thread %x exits\n", (int)pthread_self
()); pthread_mutex_unlock (femutx);/*"освободить"
mutex*/
36
*/
*/
*/
*/
5. Синхронизация и взаимодействие процессов
pthread_exit
(0); return 0;
/* завершить
задачу */
/* никогда
*/
37
5. Синхронизация и взаимодействие процессов
38
}
}
printf ("*> %s\n", msgbuf);
msglen = 0;
/* Послать сигнал condvar
pthread_cond_signal
(fecondx);
pthread_mutex_unlock
(femutx);
/* вывести на экран
*/
*/
/* "освободить" mutex
*/
}
/* Считать сообщение и поместить его в буфер.
Функция работает как независимая задача,
вызываемая операционной системой, поэтому
прототип фиксирован. Аргумент argp не
используется. */
void * reader (void *argp)
{
for (;;)
{
pthread_mutex_lock (femutx); /* "захватить" mutex
*/
if (!msglen)
{
I*
Считать сообщение. Выход по Ctrl+D
*/
if (Ifgets (msgbuf,
BUF_LEN, stdin))
break;
msglen = strlen (msgbuf) + 1;
/* Послать сигнал condvar
*/
pthread_cond_signal (fecondx);
}
wh
i
l
e
(
m
s
g
l
e
n
)
{
/* Освободить mutex и ждать сигнала от condvar,
*/
/* затем "захватить" mutex опять
*/
pthread_cond_wait (fecondx, femutx);
}
pthread_mutex_unlock (femutx); /*
"освободить" mutex */
}