Уильям Стивенс - UNIX: взаимодействие процессов

//my_rwlock/pthread_rwlock_tryrdlock.с

1  #include "unpipc.h"

2  #include "pthread_rwlock.h"

3  int

4  pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rw)

5  {

6   int result;

7   if (rw->rwjnagic != RW_MAGIC)

8    return(EINVAL);

9   if ((result = pthread_mutex_lock(&rw->rw_mutex)) != 0)

10   return(result);

11  if (rw->rw_refcount < 0 || rw->rw_nwaitwriters > 0)

12   result = EBUSY; /* блокировка установлена пишущим потоком или есть пишущие потоки, ожидающие освобождения ресурса */

13  else

14   rw->rw_refcount++; /* увеличение количества блокировок на чтение */

15  pthread_mutex_unlock(&rw->rw_mutex);

16  return(result);

17 }

11-14 Если блокировка в данный момент установлена на запись или есть процессы, ожидающие возможности установить ее на запись, возвращается ошибка с кодом EBUSY. В противном случае мы устанавливаем блокировку, увеличивая значение счетчика rw_refcount.

Функция pthread_rwlock_wrlock

Текст функции pthread_rwlock_wrlock приведен в листинге 8.6.

11-17 Если ресурс заблокирован на считывание или запись (значение rw_refcount отлично от 0), мы приостанавливаем выполнение потока. Для этого мы увеличиваем rw_nwaitwriters и вызываем pthread_cond_wait с условной переменной rw_condwriters. Для этой переменной посылается сигнал при снятии блокировки чтения-записи, если имеются ожидающие разрешения на запись процессы.

18-19 После получения блокировки на запись мы устанавливаем значение rw_refcount в –1.

//my_rwlock/pthread_rwlock_wrlock.c

1  #include "unpipc.h"

2  #include "pthread_rwlock.h"

3  int

4  pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rw)

5  {

6   int result;

7   if (rw->rw_magic != RW_MAGIC)

8    return(EINVAL);

9   if ((result = pthread_mutex_lock(&rw->rw_mutex)) != 0)

10   return(result);

11  while (rw->rw_refcount != 0) {

12   rw->rw_nwaitwriters++;

13   result = pthread_cond_wait(&rw->rw_condwriters, &rw->rw_mutex);

14   rw->rw_nwaitwriters--;

15   if (result != 0)

16    break;

17  }

18  if (result == 0)

19   rw->rw_refcount = –1;

20  pthread_mutex_unlock(&rw->rw_mutex);

21  return(result);

22 }

Функция pthread_rwlock_trywrlock

Неблокируемая функция pthread_rwlock_trywrlock показана в листинге 8.7.

11-14 Если значение счетчика rw_refcount отлично от нуля, блокировка в данный момент уже установлена считывающим или записывающим процессом (это безразлично) и мы возвращаем ошибку с кодом EBUSY. В противном случае мы устанавливаем блокировку на запись, присвоив переменной rw_refcount значение –1.

//my_rwlock/pthread_rwlock_trywrlock.c

1  #include "unpipc.h"

2  #include "pthread_rwlock.h"

3  int

4  pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rw)

5  {

6   int result;

7   if (rw->rw_magic != RW_MAGIC)

8    return(EINVAL);

9   if ((result = pthread_mutex_lock(&rw->rw_mutex)) != 0)

10   return(result);

11  if (rw->rw_refcount != 0)

12   result = EBUSY; /* заблокирован пишущим потоком или ожидающим возможности записи */

13  else

14   rw->rw_refcount = –1; /* доступна */

15  pthread_mutex_unlock(&rw->rw_mutex);

16  return(result);

17 }

Функция pthread_rwlock_unlock

Последняя функция, pthread_rwlock_unlock, приведена в листинге 8.8.

//my_rwlock/pthread_rwlock_unlock.c

1  #include "unpipc.h"

2  #include "pthread_rwlock.h"

3  int

4  pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rw)

5  {

6   int result;

7   if (rw->rw_magic != RW_MAGIC)

8    return(EINVAL);

9   if ((result = pthread_mutex_lock(&rw->rw_mutex)) != 0)

10   return(result);

11  if (rw->rw_refcount > 0)

12   rw->rw_refcount--; /* снятие блокировки на чтение */

13  else if (rw->rw_refcount == –1)

14   rw->rw_refcount = 0; /* снятие блокировки на запись */

15  else

16   err_dump("rw_refcount = %d", rw->rw_refcount);

17  /* преимущество отдается ожидающим возможности записи потокам */

18  if (rw->rw_nwaitwriters > 0) {

19   if (rw->rw_refcount == 0)

20    result = pthread_cond_signal(&rw->rw_condwriters);

21  } else if (rw->rw_nwaitreaders > 0)

22   result = pthread_cond_broadcast(&rw->rw_condreaders);

23  pthread_mutex_unlock(&rw->rw_mutex);

24  return(result);

25 }

11-16 Если rw_refcount больше 0, считывающий поток снимает блокировку на чтение. Если rw_refcount равно –1, записывающий поток снимает блокировку на запись.

17-22 Если имеются ожидающие разрешения на запись потоки, по условной переменной rw_condwriters передается сигнал (если блокировка свободна, то есть значение счетчика rw_refcount равно 0). Мы знаем, что только один поток может осуществлять запись, поэтому используем функцию pthread_cond_signal. Если нет потоков, ожидающих возможности записи, но есть потоки, ожидающие возможности чтения, мы вызываем pthread_cond_broadcast для переменной rw_condreaders, поскольку возможно одновременное считывание несколькими потоками. Обратите внимание, что мы перестаем устанавливать блокировку для считывающих потоков, если появляются потоки, ожидающие возможности записи. В противном случае постоянно появляющиеся потоки с запросами на чтение могли бы заставить поток, ожидающий возможности записи, ждать целую вечность. По этой причине мы используем два отдельных оператора if и не можем написать просто:

/* предпочтение отдается записывающим процессам */

if (rw->rw_nwaitreaders > 0 && rw->rw_refcount == 0)

 result = pthread_cond_signal(&rw->rw_condwriters);

else if (rw->rw_nwaitreaders > 0)

 result = pthread_cond_broadcast(&rw->rw_condreaders);

Мы могли бы исключить и проверку rw->rw_refcount, но это может привести к вызовам pthread_cond_signal даже при наличии блокировок на чтение, что приведет к потере эффективности.

8.5. Отмена выполнения потоков

Обсуждая листинг 8.4, мы обратили внимание на наличие проблемы, возникающей при отмене выполнения потока, заблокированного вызовом pthread_cond_wait. Выполнение потока может быть отменено в том случае, если какой-нибудь другой поток вызовет функцию pthread_cancel, единственным аргументом которой является идентификатор потока, выполнение которого должно быть отменено:

#include <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t tid);

/* Возвращает 0 в случае успешного завершения, положительное значение Еххх –в случае ошибки */

Отмена выполнения может быть использована в том случае, если несколько потоков начинают работу над какой-то задачей (например, поиск записи в базе данных) и один из них завершает работу раньше всех остальных. Тогда он может отменить их выполнение. Другим примером является обнаружение ошибки одним из одновременно выполняющих задачу потоков, который затем может отменить выполнение и всех остальных.

Для обработки отмены выполнения поток может установить (push) или снять (pop) обработчик-очиститель (cleanup handler):

#include <pthread.h>

void pthread_cleanup_push(void (*function) (void *) void *arg);

void pthread_cleanup_pop(int execute);

Эти обработчики представляют собой обычные функции, которые вызываются:

■ в случае отмены выполнения потока (другим потоком, вызвавшим pthread_ cancel);

■ в случае добровольного завершения работы (вызовом pthread_exit или выходом из начальной функции потока).

Обработчики-очистители выполняют всю необходимую работу по восстановлению значений переменных, такую как разблокирование взаимных исключений и семафоров, которые могли быть заблокированы данным потоком.

Аргумент function представляет собой адрес вызываемой функции, а arg — ее единственный аргумент. Функция pthread_cleanup_pop всегда удаляет обработчик из верхушки стека и вызывает эту функцию, если значение execute отлично от 0.

ПРИМЕЧАНИЕ

Мы снова встретимся с проблемой отмены выполнения потоков в связи с листингом 15.26, где может произойти отмена выполнения сервера с дверьми при завершении работы клиента в процессе обработки вызванной им процедуры. 

Пример

Легче всего продемонстрировать проблему нашей реализации из предыдущего раздела с помощью примера. На рис. 8.1 изображена временная диаграмма выполнения нашей программы, а текст самой программы приведен в листинге 8.9. 

Рис. 8.1. Временная диаграмма выполнения программы из листинга 8.9