Уильям Стивенс - UNIX: взаимодействие процессов
Взаимные исключения Posix
В листинге А.19 приведены глобальные переменные и функция main пpoгрaммы, измеряющей быстродействие взаимных исключений Posix.
Листинг А.19. Глобальные переменные и функция main для взаимных исключений Posix//bench/incr_pxmutex1.с
1 #include "unpipc.h"
2 #define MAXNTHREADS 100
3 int nloop;
4 struct {
5 pthread_mutex_t mutex;
6 long counter;
7 } shared = {
8 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
9 };
10 void *incr(void *);
11 int
12 main(int argc, char **argv)
13 {
14 int i, nthreads;
15 pthread_t tid[MAXNTHREADS];
16 if (argc != 3)
17 err_quit("usage: incr_pxmutex1 <#loops> <#threads>");
18 nloop = atoi(argv[1]);
19 nthreads = min(atoi(argv[2]), MAXNTHREADS);
20 /* блокировка взаимного исключения */
21 Pthread_mutex_lock(&shared.mutex);
22 /* создание потоков */
23 Set_concurrency(nthreads);
24 for (i = 0; i < nthreads; i++) {
25 Pthread_create(&tid[i], NULL, incr, NULL);
26 }
27 /* запуск таймера и разблокирование взаимного исключения */
28 Start_time();
29 Pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);
30 /* ожидание завершения работы потоков */
31 for (i = 0; i < nthreads; i++) {
32 Pthread_join(tid[i], NULL);
33 }
34 printf("microseconds: %.0f usecn", Stop_time());
35 if (shared.counter != nloop * nthreads)
36 printf("error: counter = %ldn", shared, counter);
37 exit(0);
38 }
Общие данные4-9 Совместно используемые потоками данные состоят из взаимного исключения и счетчика. Взаимное исключение инициализируется статически.
Блокирование взаимного исключения и создание потоков20-26 Основной поток блокирует взаимное исключение перед созданием прочих потоков, чтобы ни один из них не получил это исключение до тех пор, пока все они не будут созданы. Вызывается функция set_concurrency, создаются потоки. Каждый поток выполняет функцию incr, текст которой будет приведен позже.
Запуск таймера и разблокирование взаимного исключения27-36 После создания всех потоков главный поток запускает таймер и освобождает взаимное исключение. Затем он ожидает завершения всех потоков, после чего останавливает таймер и выводит полное время работы. В листинге А.20 приведен текст функции incr, выполняемой каждым из потоков.
Листинг А.20. Функция incr, выполняемая потоками//bench/incr_pxmutex1.c
39 void *
40 incr(void *arg)
41 {
42 int i;
43 for (i = 0; i < nloop; i++) {
44 Pthread_mutex_lock(&shared.mutex);
45 shared.counter++;
46 Pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);
47 }
48 return(NULL);
49 }
Увеличение счетчика — критическая область кода44-46 Операция увеличения счетчика осуществляется после получения блокировки на взаимное исключение. После этого взаимное исключение разблокируется.
Блокировки чтения-записи
Пpoгрaммa, использующая блокировки чтения-записи, является слегка измененной версией программы с взаимными исключениями Posix. Поток должен установить блокировку файла, прежде чем увеличивать общий счетчик.
ПРИМЕЧАНИЕ
Существует не так уж много систем, в которых реализованы блокировки чтения-записи, являющиеся частью стандарта Unix 98 и разрабатываемые рабочей группой Posix.1j. Измерения в этом разделе проводились в системе Solaris 2.6 с использованием блокировок, описанных в документации на странице rwlock(3T). Эта реализация обеспечивает тот же набор функций, что и предлагаемые блокировки чтения-записи Posix. Для использования этих функций мы применяем тривиальные функции-обертки.
В Digital Unix 4.0B мы использовали блокировки чтения-записи поточно-независимых служб, описанные на странице документации tis_rwlock. Мы не приводим листингов с несущественными изменениями, необходимыми для использования этих блокировок.
В листинге А.21 приведен текст функции main, а в листинге А.22 — текст функции incr.
Листинг А.21. Функция main для блокировок чтения-записи//bench/incr_rwlock1.c
1 #include "unpipc.h"
2 #include <synch.h> /* Заголовочный файл для Solaris */
3 void Rw_wrlock(rwlock_t *rwptr);
4 void Rw_unlock(rwlock_t *rwptr);
5 #define MAXNTHREADS 100
6 int nloop;
7 struct {
8 rwlock_t rwlock; /* тип данных Solaris */
9 long counter;
10 } shared; /* инициализация О –> USYNC_THREAD */
11 void *incr(void *);
12 int
13 main(int argc, char **argv)
14 {
15 int i, nthreads;
16 pthread_t tid[MAXNTHREADS];
17 if (argc != 3)
18 err_quit("usage: incr_rwlockl <#loops> <#threads>");
19 nloop = atoi(argv[1]);
20 nthreads = min(atoi(argv[2]), MAXNTHREADS);
21 /* получение блокировки на запись */
22 Rw_wrlock(&shared.rwlock);
23 /* создание всех потоков */
24 Set_concurrency(nthreads);
25 for (i = 0; i < nthreads; i++) {
26 Pthread_create(&tid[i], NULL, incr, NULL);
27 }
28 /* запуск таймера и снятие блокировки */
29 Start_time();
30 Rw_unlock(&shared.rwlock);
31 /* ожидание завершения всех потоков */
32 for (i = 0; i < nthreads; i++) {
33 Pthread_join(tid[i], NULL);
34 }
35 printf("microseconds: %.0f usecn", Stop_time());
36 if (shared.counter != nloop * nthreads)
37 printf("error: counter = %ldn", shared.counter);
38 exit(0);
39 }
Листинг А.22. Увеличение общего счетчика с использованием блокировок чтения-записи//bench/incr_rwlock1.c
40 void *
41 incr(void *arg)
42 {
43 int i;
44 for (i = 0; i < nloop; i++) {
45 Rw_wrlock(&shared.rwlock);
46 shared.counter++;
47 Rw_unlock(&shared.rwlock);
48 }
49 return(NULL);
50 }
Семафоры Posix, размещаемые в памяти
Мы измеряем скорость работы семафоров Posix (именованных и размещаемых в памяти). В листинге А.24 приведен текст функции main, а в листинге А.23 — текст функции incr.
Листинг А.23. Увеличение счетчика с использованием семафоров Posix в памяти//bench/incr_pxsem1.с
37 void *
38 incr(void *arg)
39 {
40 int i;
41 for (i = 0; i < nloop; i++) {
42 Sem_wait(&shared.mutex);
43 shared.counter++;
44 Sem_post(&shared.mutex);
45 }
46 return(NULL);
47 }
Листинг А.24. Функция main для семафоров Posix, размещаемых в памяти//bench/incr_pxsem1.с
1 #include "unpipc.h"
2 #define MAXNTHREADS 100
3 int nloop;
4 struct {
5 sem_t mutex; /* размещаемый в памяти семафор */
6 long counter;
7 } shared;
8 void *incr(void *);
9 int
10 main(int argc, char **argv)
11 {
12 int i, nthreads;
13 pthread_t tid[MAXNTHREADS];
14 if (argc != 3)
15 err_quit("usage: incr_pxseml <#loops> <#threads>");
16 nloop = atoi(argv[1]);
17 nthreads = min(atoi(argv[2]), MAXNTHREADS);
18 /* инициализация размещаемого в памяти семафора 0 */
19 Sem_init(&shared.mutex, 0, 0);
20 /* создание всех потоков */
21 Set_concurrency(nthreads);
22 for (i = 0; i < nthreads; i++) {
23 Pthread_create(&tid[i], NULL, incr, NULL);
24 }
25 /* запуск таймера и разблокирование семафора */
26 Start_time();
27 Sem_post(&shared.mutex);
28 /* ожидание завершения всех потоков */
29 for (i = 0; i < nthreads; i++) {
30 Pthread_join(tid[i], NULL);
31 }
32 printf("microseconds: %.0f usecn", Stop_time());
33 if (shared.counter != nloop * nthreads)
34 printf("error: counter = %ldn", shared.counter);
35 exit(0);
36 }
18-19 Создается семафор, инициализируемый значением 0. Второй аргумент в вызове sem_init, имеющий значение 0, говорит о том, что семафор используется только потоками вызвавшего процесса.
20-27 После создания всех потоков запускается таймер и вызывается функция sem_post.
Именованные семафоры Posix
В листинге А.26 приведен текст функции main, измеряющей быстродействие именованных семафоров Posix, а в листинге А.25 — соответствующая функция incr.
Листинг А.25. Увеличение общего счетчика с использованием именованного семафора Posix//bench/incr_pxsem2.c
40 void *
41 incr(void *arg)
42 {
43 int i;
44 for (i = 0; i < nloop; i++) {
45 Sem_wait(shared.mutex);
46 shared.counter++;
