Олег Цилюрик - QNX/UNIX: Анатомия параллелизма

# nice -n-10 time myprog

Значение приоритета создаваемого потока хранится в поле param атрибутной записи (типа sched_param; подробнее эта структура будет рассмотрена при обсуждении диспетчеризации). Для переустановки значений, входящих в структуру sched_param, предоставлена функция:

int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t* attr,

 const struct sched_param *param);

где attr — как и ранее, атрибутная запись потока;

param — указатель структуры sched_param, из которой параметры будут перенесены в атрибутную запись потока.

Теперь посмотрим, как запустить на выполнение поток с приоритетом на 2 единицы ниже, чем у его родителя:

int policy;

struct sched_param param;

pthread_getschedparam(pthread_self(), &policy, &param);

param sched_priority -= 2;

pthread_attr_t attr;

pthread_attr_init(&attr);

pthread_attr_setschedparam(&attr, &param);

pthread_attr_setinheritsched(&attr, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);

pthread_create(NULL, &attr, &func, NULL);

Или даже так (хотя это немного грубее):

int policy;

struct sched_param param;

pthread_getschedparam(pthread_self(), &policy, &param);

pthread_attr_t attr;

pthread_attr_init(&attr);

attr.param.sched_priority = param.sched_priority - 2;

pthread_attr_setinheritsched(&attr, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);

pthread_create(NULL, &attr, &func, NULL);

Как и при установке политики диспетчеризации, параметры диспетчеризации потока (и приоритет в их составе) будут установлены, только если параметр типа наследования от родителя установлен в PTHREAD_EXPLICIT_SCHED посредством вызова pthread_attr_setinheritsched().

Заметим здесь вскользь (в дальнейшем нам представится возможность использовать эти знания), что помимо «продуктивных» потоков (компонент системы и пользовательских приложений) в системе всегда существует один «паразитный» поток, запущенный с приоритетом 0 (idle-поток). Он «выбирает» весь остаток процессорного времени в те периоды, когда все имеющиеся в системе продуктивные потоки перейдут в блокированные состояния (ожидания). Подобная практика хорошо известна и реализуется также в большинстве других операционных систем.

Отличия от POSIX

Если следовать POSIX-стандарту, то некоторые из атрибутов невозможно переопределить до фактического создания этого стандарта (их можно изменить позже в самом коде потока, но иногда это не совсем правильное решение). Все эти возможности относятся к асинхронному завершению потока; детали функционирования этого механизма рассматриваются позже. К подобного рода атрибутам относятся:

• запретить асинхронное завершение (отмену) потока;

• установить тип завершаемости потока;

• определить, что должно происходить при доставке потоку сигналов.

QNX расширяет возможности POSIX, позволяя по условию OR установить соответствующие биты-флаги в поле flags атрибутной записи, прежде чем будет произведен вызов, создающий поток. Не существует функций вида pthread_attr_set_*(), эквивалентных этим установкам. К этим флагам относятся:

• PTHREAD_CANCEL_ENABLE — запрос на завершение будет обрабатываться в соответствии с типом завершаемости, установленным для потока (значение по умолчанию);

• PTHREAD_CANCEL_DISABLE — запросы на завершение будут отложены;

• PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS — если завершение разрешено, отложенные или текущие запросы будут выполнены немедленно;

• PTHREAD_CANCEL_DEFERRED — если завершение разрешено, запросы на завершение будут отложены до достижения точки завершаемости (значение по умолчанию);

• PTHREAD_MULTISIG_ALLOW — завершать по сигналу все потоки в процессе (POSIX-умолчание);

• PTHREAD_MULTISIG_DISALLOW — завершать по сигналу только тот поток, который принял сигнал.

После запуска потока все атрибуты, связанные с завершаемостью потока, могут быть изменены вызовами pthread_setcancelstate() и pthread_setcanceltype().

Передача параметров потоку

Зачастую каждый поток из группы последовательно создаваемых потоков, выполняющих одну и ту же функцию, нужно запускать со своим индивидуальным блоком данных (параметром потока). Для этого предназначен 4-й параметр вызова pthread_create() — указатель на блок данных типа void*. Характерно, что это может быть произвольная структура данных сколь угодно сложного типа, структуризацию которой вызывающий pthread_create() код и функция потока должны понимать единообразно; никакого контроля соответствия типов на этапе вызова не производится.

Достаточно часто встречающийся на практике образец многопоточного кода — это циклическая процедура ожидания наступления некоторого условия (события), после которого порождается новый экземпляр потока, призванный обслужить наступившее событие (типичная схема всего разнообразия многопоточных сетевых серверов). В таких случаях код, порождающий потоки, выглядит подобно следующему фрагменту:

// функция потока:

void* ThreadProc(void* data) {

 // ... выполняется обработка, используя структуру *(DataParam*)data

 return NULL;

}

// порождающий потоки код:

while (true) {

 // инициализация области параметров

 struct DataParam data(...);

 if ( /* ожидаем нечто */ )

  pthread_create(NULL, &attr, &ThreadProc, &data);

}

Этот простейший код крайне опасен: при быстрых циклах и, что намного важнее, непредсказуемых моментах повторных созданий экземпляров потоков из вызывающего цикла необходимо обеспечить, чтобы используемое в функции потока ThreadProc() значение данных было адекватным. Оно может быть изменено в вызывающем коде или даже, более того, просто разрушено при выходе из локальной области видимости, как в следующем коде:

// порождающий потоки код:

while(true) {

 if ( /* ожидаем нечто */ ) {

  struct DataParam data(...);

  pthread_create(NULL, &attr, &ThreadProc, &data);

 }

 // здесь может идти достаточно длительная обработка

}

Здесь блок данных, выделяемый в стеке порождающего потока, к началу его использования в дочернем потоке может быть просто уничтожен.

Единственно надежный способ обеспечить требование актуальности передаваемых данных - это создание копии блока параметров непосредственно при входе в функцию потока, например так (если определена операция копирования):

// функция потока:

void* ThreadProc(void* data) {

 DataParam copy = *(DataParam*)data;

 // выполняется обработка, используя структуру copy

 return NULL;

}

или так (если определен инициализирующий конструктор структуры данных):

// функция потока:

void* ThreadProc(void* data) {

 DataParam copy(*(DataParam*)data);

 // ... выполняется обработка, используя структуру copy

 return NULL;

}

Но и этот код оказывается некорректен. При порождении потока нам нужно, чтобы инициализация копии переданных данных в теле функции потока произошла до того, как на очередном цикле оригинал этих данных будет разрушен или изменен. Но дисциплины диспетчеризации равнозначных потоков (в данном случае родительского и порожденного) в операционной системе никак не регламентируют (и не имеют права этого делать!) порядок их выполнения после точки ветвления — pthread_create().

Обеспечить актуальность копии переданных данных можно несколькими искусственными способами:

1. Передачей в качестве аргумента pthread_create() специально сделанной ранее временной копии экземпляра данных, например:

if ( /* нечто */ ) {

 // static обеспечивает неразрушаемость

 static struct DataParam copy;

 copy = data;

 pthread_create(NULL, &attr, &ThreadProc, &copy);

}

Этот способ иногда хорошо «срабатывает» для данных типа символьных строк, представленных в стандарте языка С (однако используется он не часто):

void* ThreadProc(void *data) {

 ...

 // можно даже не делать копию - это уже копия:

 printf("%s", (char*)data);

}

...

while (true) {

 char *data = ... /* инициализация данных */;

 if ( /* нечто */ )

  pthread_create(NULL, &attr, &ThreadProc, strdup(data));

}

2. Для передачи параметра скалярного типа (char, short, int), не превышающего размер указателя, очень часто в самых разнообразных источниках [1, 3] можно увидеть такой трюк, когда указателю присваивается непосредственное значение скалярной величины:

// функция потока:

void* ThreadProc(void* data) {

 // ... выполняется обработка, используя значение параметра (char)data