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, ¶m);
param sched_priority -= 2;
pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setschedparam(&attr, ¶m);
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, ¶m);
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);
ПримечаниеКак 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, ©);
}
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
