Нейл Мэтью - Основы программирования в Linux

В функции mainобъявлено несколько переменных и затем осуществляется вызов функции pthread_create, чтобы начать выполнение нового потока.

pthread_t a_thread;

void *thread_result;

res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, (void *)message);

Вы передаете адрес объекта типа pthread_t, который можете применять в дальнейшем для ссылки на поток. Вы не хотите менять атрибуты потока, заданные по умолчанию, поэтому во втором параметре передаете NULL. Последние два параметра — вызываемая функция и передаваемый ей параметр.

Если вызов завершился нормально, теперь выполняются два потока. Исходный поток ( main) продолжается и выполняет код, расположенный следом за функцией pthread_create, а новый поток начинает выполнение в функции, образно названной thread_function.

Исходный поток проверяет, запустился ли новый поток, и затем вызывает функцию pthread_join:

res = pthread_join(a_thread, &thread_result);

Здесь вы передаете идентификатор потока, который ждете, чтобы присоединить, и указатель на результат. Эта функция, прежде чем вернуть управление, будет ждать, пока другой поток не завершится. Затем она выводит возвращаемое из потока значение и содержимое переменной и завершается.

Новый поток начинает выполнение, запуская функцию thread_function, которая выводит свои аргументы, засыпает на короткий период, обновляет глобальные переменные и затем завершается, возвращая строку в поток main. Новый поток пишет в тот же массив message, к которому у исходного потока есть доступ. Если бы вы вызвали функцию forkвместо pthread_create, массив представлял бы собой копию массива message, а не сам массив.

В упражнении 12.2 показано, как написать программу, которая проверяет одновременное выполнение двух потоков. (Вы, конечно, применяете однопроцессорную систему, ЦП будет искусно переключаться между потоками, а не одновременно выполнять оба потока, используя отдельные ядра процессора аппаратными средствами.) Поскольку вы не встречались еще с какими-либо функциями синхронизации потоков, это будет очень неэффективная программа, делающая нечто, именуемое опросом (polling) двух потоков. И снова вы воспользуетесь тем, что все, за исключением локальных переменных функции, совместно используется двумя потоками в процессе.

Программа thread2.c в этом упражнении создается за счет небольших изменений программы thread1.c. Вы добавите дополнительную глобальную переменную для определения выполняющегося потока.

Файлы с полными текстами примеров можно загрузить с Web-сайта книги.

int run_now = 1;

Задайте run_nowравной 1, когда выполняется функция main, и 2, когда выполняется новый поток.

В функцию mainпосле создания нового потока добавьте следующий код:

int print_count1 = 0;

while (print_count1+ < 20) {

if (run_now == 1) {

printf("1");

run_now = 2;

} else {

sleep(1);

}

}

Если переменная run_nowравна 1, выведите "1" и присвойте переменной значение 2. В противном случае вы на короткое время засыпаете и снова проверяете значение. Вы ждете, пока значение изменится на 1, проверяя время от времени снова. Этот прием называется циклам активного или деятельного ожидания (busy wait), несмотря, на то, что в данном случае программа засыпает на секунду между очередными проверками. Позже в этой главе вы увидите, как сделать это лучше.

В функции thread_function, где выполняется ваш новый поток, вы делаете примерно то же самое, но с противоположными значениями.

int print_count2 = 0;

while (print_count2++ < 20) {

if (run_now == 2) {

printf("2");

run_now = 1;

} else {

sleep(1);

}

}

Вы удаляете переданные параметр и возвращаемое значение, т.к. они вас больше не интересуют.

Когда вы выполните программу, то увидите следующий вывод. (Вы можете обнаружить, что для формирования вывода, особенно на машине с одноядерным ЦП, программе потребуется несколько секунд.)

$ cc -D_REENTRANT thread2.с -о thread2 -lpthread

$ ./thread2

12121212121212121212

Waiting for thread to finish...

Thread joined

Как это работает

Каждый поток заставляет другой поток выполняться, задавая переменную run_nowи затем ожидая, пока другой поток не изменит значение, чтобы можно было продолжить выполнение. Из программы видно, что выполнение переходит от одного потока к другому автоматическими кроме того, она демонстрирует точку, совместно используемую обоими потоками, — переменную run_now.

В предыдущем разделе вы видели, что два потока выполняются одновременно, но метод переключения между ними топорный и очень неэффективный. К счастью, существует ряд функций, специально разработанных для предоставления лучших способов управления исполнением потоков и доступа к важным фрагментам кода.

В этом разделе мы рассмотрим два основных метода: семафоры, действующие как сторожа, охраняющие фрагменты кода, и мьютексы или исключающие семафоры, действующие как устройство взаимного исключения (отсюда и имя — исключающий семафор) для защиты фрагментов программного кода. На самом деле эти методы похожи, и один может быть описан в терминах другого. Тем не менее существуют ситуации, в которых семантика проблемы делает один более выразительным, чем другой. Например, управление доступом к некоторой области совместно используемой памяти, к которой может обращаться только один поток в каждый момент времени, более естественным кажется исключающий семафор или мьютекс. Для управления доступом к ряду идентичных объектов в целом, например, предоставление потоку одной телефонной линии из набора, включающего пять доступных линий, больше подходит семафор. Какой метод выберите вы, зависит от личных предпочтений и наиболее подходящего для вашей программы алгоритма.

Для семафоров есть два набора интерфейсных функций: один взят из POSIX Realtime Extensions (дополнения POSIX для режима реального времени) и применяется для потоков, а другой, известный как семафоры System V, обычно применяется для синхронизации процессов. (Мы обсудим второй тип в главе 14.) Оба набора не гарантируют взаимозаменяемости и хотя очень похожи, используют вызовы разных функций.