Олег Цилюрик - QNX/UNIX: Анатомия параллелизма

Теперь разработка, например драйвера некоторого специфичного устройства, перемещается из области шаманства «системного программиста» в область деятельности проблемного программиста, да и выполняется привычными высокоуровневыми инструментальными средствами, например С++.

Пользуясь случаем, именно здесь уместно на примере созданного менеджера ресурсов продемонстрировать гибкость микроядерной архитектуры и техники менеджера ресурса, а заодно убедиться, что наследование приоритетов (критически важное свойство для систем реального времени) сохраняется при запросе к удаленному менеджеру ресурса, запущенному на другом узле сети (имя узла — rtp):

# on -frtp prior &

# ls -l /net/rtp/dev/pr*

nrw-rw--rw- 1 root root 0 Dec 18 17.09 /net/rtp/dev/prior

# nice -n-5 cat /net/rtp/dev/prior

15

# nice -n-19 cat /net/rtp/dev/prior

29

Следующим шагом развития техники менеджера ресурсов является многопоточный менеджер. Фактически это объединение техники менеджера ресурсов с динамическим пулом потоков, рассмотренным выше.

Реальный работающий многопоточный менеджер с сопутствующим ему обстоятельным обсуждением приводился нами в книге [4] в главе «Драйверы». Мы не станем полностью приводить здесь этот достаточно объемный текст, поскольку он отличается от ранее показанного однопоточного менеджера только несколькими строками после вот этого оператора регистрации префикса имени менеджера:

// здесь создается путевое имя для менеджера

id = resmgr_attach(dpp, &resmgr_attr, "/dev/prior",

_FTYPE_ANY, 0, &connect_funcs, &io_funcs, &attr);

if (id == -1)

perror("attach name"), exit(EXIT_FAILURE);

Вот те несколько строк, которые, собственно, и превращают однопоточный менеджер в многопоточный:

...

thread_pool_attr_t pool_attr;

memset(&pool_attr, 0, sizeof pool_attr);

pool_attr.handle = dpp;

// это всегда остается так ...:

pool_attr.context_alloc = dispatch_context_alloc;

pool_attr.block_func = dispatch_block;

pool_attr.handler_func = dispatch_handler;

pool_attr.context_free = dispatch_context_free;

// численные параметры пула:

pool_attr.lo_water = 2;

pool_attr.hi_water = 6;

pool_attr.increment = 1;

pool_attr.maximum = 50;

thread_pool_t *tpp;

// флаг создания пула, который может принимать значения:

// POOL_FLAG_EXIT_SELF, POOL_FLAG_USE_SELF или,

// наконец, 0 и который определяет, что будет

// происходить дальше с вызывающим потоком...

if ((tpp = thread_pool_create(&pool_attr, POOL_FLAG_EXIT_SELF)) == NULL)

perror("create pool"), exit(EXIT_FAILURE);

thread_pool_start(tpp);

...

}

Но всю эту последовательность действий мы уже видели ранее при описании динамического пула потоков, и какого-то специфического отношения к созданию именно менеджера ресурса она не имеет.

Вот такими элементарными манипуляциями мы превращаем менеджер ресурса (практически любой менеджер!) в многопоточный. С другой стороны, простота трансформации одной формы в другую подсказывает простое и эффективное решение: вначале всегда пишите одно- поточный менеджер, поскольку в отладке и понимании он намного проще, и только потом при необходимости трансформируйте его в многопоточный.

Техника написания менеджеров ресурсов в QNX открывает перспективу для простого и ясного написания драйверов системы без необходимости «залезать» в специфические низкоуровневые детали. Тем не менее в описаниях технологии создания менеджеров ресурсов есть один аспект, который имеет непосредственное отношение к синхронизации параллельных ветвей, и нельзя сказать, что этот вопрос не освещен в технической документации, однако его составляющие детали «размазаны» по документации, и общую картину приходится восстанавливать.

Суть вопроса в следующем. Писать менеджер ресурсов как системный драйвер некоторого специфического аппаратного устройства — это удел единиц (на каждое устройство — по одному разработчику! … шутка), но менеджер ресурсов — это прекрасная альтернатива для описания чисто программных «псевдоустройств». Например, это могла бы быть некоторая оконная GUI-подсистема, в которой open()создает прорисовку окна на экране, write()вписывает некоторый текст в окно, a read()считывает из окна текст, вводимый пользователем (подобная конструкция описывалась нами в главе «Драйверы» [4]). Таким решением мы с минимальными затратами придаем POSIX-функциональность своим совершенно неожиданным программным подсистемам.

Однако для «истинных драйверов» запросы open()— read()— write(): должны, как правило, быть последовательными (право, бессмысленно пытаться писать и читать один файл одновременно из двух потоков)… Это обусловливается тем, что в конечном итоге все функции-обработчики операций менеджера ресурса выходят на единичный экземпляр оборудования, которое должно физически отработать переданный ему запрос.

Гораздо свободнее может себя чувствовать разработчик драйвера псевдоустройства (программной модели): здесь каждый запрос open()(будь то из одного последовательного потока, различных потоков процесса или даже из потоков, принадлежащих разным процессам) может порождать новый экземпляр псевдоустройства. Возвращаемый им файловый дескриптор (в QNX это дескриптор соединения) станет ссылаться на порожденный экземпляр, а вызовы read()— write(), оперирующие с различным дескриптором, будут направляться соответствующим различным экземплярам. (Понятно, что такой параллелизм операций может обеспечить только многопоточный менеджер ресурса, но нужно еще «заставить» его сделать это.)

Это настолько часто используемая модель, что она заслуживает отдельного рассмотрения. Дополнительную сложность создает то обстоятельство, что мы, как уже отмечалось, договорились писать программный код на С++, а здесь нам предстоит переопределять из своего кода определения в заголовочных файлах менеджера ресурсов, не нарушая их C-синтаксис.

Ниже показан текст простейшего многопоточного менеджера (исключены даже самые необходимые проверки), ретранслирующего по нескольким каналам независимо получаемые текстовые строки (строки кода, принципиальные для обеспечения параллельности и многоканальности, выделены жирным шрифтом):

// предшествующие общие строки #include не показаны

// это переопределение нужно для исключения предупреждений

// компилятора: 'THREAD_POOL_PARAM_T' redefined

#define THREAD_POOL_PARAM_T dispatch_context_t #include

// следующее переопределение принципиально важно.

// оно предписывает вместо стандартного блока OCB (open control block),