Роб Кёртен - Введение в QNX/Neutrino 2. Руководство по программированию приложений реального времени в QNX Realtime Platform

}

void* do_one_batch(void *c) {

int cpu = (int)c;

int x1;

for (x1 = 0; x1 < num_lines_per_cpu; x1++) {

do_line_line(x1 + cpu * num_lines_per_cpu);

}

}

Здесь мы запускаем только num_cpus потоков. Каждый поток будет выполняться на отдельном процессоре. А поскольку мы имеем дело с небольшим числом потоков, мы тем самым не засоряем память ненужными стеками. Обратите внимание, что мы получили число процессоров путем разыменования глобальной переменной — указателя на системную страницу _syspage_ptr . (Дополнительную информацию относительно системной страницы можно найти в книге «Building Embedded Systems» (поставляется в комплекте документации по QNX/ Neutrino — прим. ред. ) или в заголовочном файле ).

Последняя программа в первую очередь интересна тем, что будет корректно функционировать в системе с одиночным процессором тоже. Просто будет создан только один поток, который и выполнит всю работу. Дополнительные издержки (один стек) с лихвой окупаются гибкостью программы, умеющей работать быстрее в многопроцессорной системе.

Я уже упоминал, что с приведенным выше упрощенным примером программы связана масса проблем. Так вот, еще одна связанная с ним проблема состоит в том, что функция main() сначала запускает целый букет потоков, а затем отображает результаты. Но как функция узнает, когда уже можно выводить результаты?

Заставлять main() заниматься опросом, закончены ли вычисления, противоречит самому замыслу ОС реального времени.

int main (int argc, char **argv) {

...

// Запустить потоки, как раньше

while (num_lines_completed < num_x_lines) {

sleep(1);

}

}

He вздумайте писать такие программы!

Для решения этой задачи существуют два изящных решения: применение функций pthread_join() и barrier_wait() .

Самый простой метод синхронизации — это «присоединение» потоков. Реально это действие означает ожидание завершения.

Присоединение выполняется одним потоком, ждущим завершения другого потока. Ждущий поток вызывает pthread_join() :

#include

int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);

Функции pthread_join() передается идентификатор потока, к которому вы желаете присоединиться, а также необязательный аргумент value_ptr , который может быть использован для сохранения возвращаемого присоединяемым потоком значения (Вы можете передать вместо этого параметра NULL, если это значение для вас не представляет интереса — в данном примере мы так и сделаем).

Где нам брать идентификатор потока? Мы игнорировали его в функции pthread_create() , передав NULL в качестве первого параметра. Давайте исправим нашу программу:

int num_lines_per_cpu;

int num_cpus;

int main(int argc, char **argv) {

int cpu;

pthread_t *thread_ids;

... // Выполнить инициализации

thread_ids = malloc(sizeof(pthread_t) * num_cpus);

num_lines_per_cpu = num_x_lines / num_cpus;

for (cpu = 0; cpu < num_cpus; cpu++) {

pthread_create(

&thread_ids[cpu], NULL, do_one_batch, (void*)cpu);

}

// Синхронизироваться с завершением всех потоков

for (cpu = 0; cpu < num_cpus; cpu++) {

pthread_join(thread_ids[cpu], NULL);

}

... // Вывести результат

}

Обратите внимание, что на этот раз мы передали функции pthread_create() в качестве первого аргумента указатель на pthread_t . Там и будет сохранен идентификатор вновь созданного потока. После того как первый цикл for завершится, у нас будет num_cpu работающих потоков, плюс поток, выполняющий main() . Потребление ресурсов процессора потоком main() нас мало интересует — этот поток потратит все свое время на ожидание.

Ожидание достигается применением функции pthread_join() к каждому из наших потоков. Сначала мы ждем завершения потока thread_ids[0] . Когда он завершится, функция pthread_join() разблокируется. Следующая итерация цикла for заставит нас ждать завершения потока thread_ids[1] , и так далее для всех num_cpus потоков.

В этот момент возникает законный вопрос: «А что если потоки завершат работу в обратном порядке?» Другими словами, если имеются 4 процессора, и по какой-либо причине поток, выполняющийся на последнем процессоре (с номером 3), завершит работу первым, затем завершится поток, выполняющийся на процессоре с номером 2, и так далее? Вся прелесть приведенной схемы заключается в том, что ничего плохого не произойдет.

Первое, что произойдет — это то, что pthread_join() блокируется на thread_ids[0] . Тем временем пусть завершится поток thread_ids[3] . Это не окажет абсолютно никакого воздействия на поток main() , который будет по-прежнему ждать завершения первого потока. Затем, пусть завершит работу поток thread_ids[2] . По-прежнему, никаких последствий. И так далее — пока не завершит работу поток thread_ids[0] .

В этот момент pthread_join() разблокируется, и мы немедленно переходим к следующей итерации цикла for . Вторая итерация цикла for применит pthread_join() к потоку thread_ids[1] , который не будет блокирован, и итерация завершится немедленно. Почему? Потому что поток, идентифицированный как thread_ids[1] , уже завершился. Поэтому наш цикл for просто «проскочит» остальные потоки и завершится. В этот момент мы будем знать, что вычислительные потоки синхронизированы, и теперь мы можем выводить результаты отображение.

Когда мы говорили о синхронизации функции main() по моменту завершения рабочих потоков (в параграфе «Синхронизация по отношению к моменту завершения потока», см. выше), мы упомянули два метода синхронизации: один метод с применением функции pthread_join() , который мы только что рассмотрели, и метод с применением барьера.

Возвращаясь к нашей аналогии с процессами в жилом доме, предположим, что семья пожелала где-нибудь отдохнуть на природе. Водитель садится в микроавтобус и запускает двигатель. И ждет. Водитель будет ждать до тех пор, пока все члены семьи не сядут в машину, и только затем можно будет ехать — не можем же мы кого-нибудь оставить!

Точно так происходит и в нашем примере с выводом графики на дисплей. Основной поток должен дождаться того момента, когда все рабочие потоки завершат работу, и только затем можно начинать следующую часть программы.

Однако, отметьте для себя одну важную отличительную особенность. С применением функции pthread_join() мы ожидаем завершения потоков. Это означает, что на момент ее разблокирования потоков нет больше с нами; они закончили работу и завершились.