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

Другая типовая ситуация в многопоточных программах — это потребность заставить поток «ждать чего-либо». Этим «чем- либо» может являться фактически что угодно! Например, когда доступны данные от устройства, или когда конвейерная лента находится в нужной позиции, или когда данные сохранены на диск, и т.д. Еще одна хитрость этой ситуации состоит в том, что одного и того же события могут ожидать несколько потоков.

Для таких целей мы могли бы использовать либо условную переменную (condition variable), о которой речь ниже, либо, что гораздо проще, ждущую блокировку (sleepon).

Для применения ждущих блокировок надо выполнить несколько операций. Рассмотрим сначала вызовы, а затем вернемся к использованию ждущих блокировок.

int pthread_sleepon_lock(void);

int pthread_sleepon_unlock(void);

int pthread_sleepon_broadcast(void *addr);

int pthread_sleepon_signal(void *addr);

int pthread_sleepon_wait(void *addr);

He дайте префиксу pthread_ себя обмануть. Эти функции не предусмотрены стандартами POSIX.

Как было отмечено ранее, потоку может быть необходимо ждать какого-нибудь события. Наиболее очевидный выбор из представленного выше списка функций — это функция pthread_sleepon_wait() . Но сначала поток должен проверить, надо ли ждать. Давайте приведем пример. Один поток представляет собой поток-«поставщик», который получает данные от неких аппаратных средств. Другой поток — поток-«потребитель» и он неким образом обрабатывает поступающие данные. Рассмотрим сначала поток-«потребитель»:

volatile int data_ready = 0;

consumer() {

while (1) {

while (!data_ready) {

// wait

}

// Обработать данные

}

}

«Потребитель» вечно находится в своем главном обрабатывающем цикле ( while(1) ). Первое, что он проверяет — это флаг data_ready . Если этот флаг равен 0, это означает, что данных нет, и их надо ждать. Впоследствии поток-«производитель» должен будет как-то «разбудить» его, и тогда поток-«потребитель» должен будет повторно проверить состояние флага data_ready . Положим, что происходит именно это. Поток-«потребитель» анализирует состояние флага и определяет, что флаг равен 1, то есть данные теперь доступны. Поток-«потребитель» переходит к обработке поступивших данных, после чего он должен снова проверить, не поступили ли новые данные, и так далее.

Здесь мы можем столкнуться с новой проблемой. Как «потребителю» сбрасывать флаг data_ready согласованно с «производителем»? Очевидно, нам понадобится некоторая форма монопольного доступа к флагу, чтобы в любой момент времени только один из этих потоков мог модифицировать его. Метод, который применен в данном случае, заключается в применения мутекса, но это внутренний мутекс библиотеки ждущих блокировок, так что мы сможем обращаться к нему только с помощью двух функций: pthread_sleepon_lock() и pthread_sleepon_unlock() . Давайте модифицируем наш поток-«потребитель»:

consumer() {

while (1) {

pthread_sleepon_lock();

while (!data_ready) {

// WAIT

}

// Обработать данные

data_ready = 0;

pthread_sleepon_unlock();

}

}

Здесь мы добавили «потребителю» установку и снятие блокировки. Это означает, что потребитель может теперь надежно проверять флаг data_ready , не опасаясь гонок, а также надежно его устанавливать.

Великолепно! А как насчет собственно процесса ожидания? Как мы и предполагали ранее, там действительно применяется вызов функции pthread_sleepon_wait() . Вот второй while-цикл:

while (!data_ready) {

pthread_sleepon_wait(&data_ready);

}

Функция pthread_sleepon_wait() в действительности выполняет три действия:

1. Разблокирует мутекс библиотеки ждущих блокировок.

2. Выполняет собственно операцию ожидания.

3. Снова блокирует мутекс библиотеки ждущих блокировок.

Причина обязательной разблокировки/блокировки мутекса библиотеки проста: поскольку суть мутекса состоит в обеспечении взаимного исключения доступа к флагу data_ready , мы хотим запретить потоку-«производителю» изменять флаг data_ready , пока мы его проверяем. Но если мы не разблокируем флаг впоследствии, то поток-«производитель» не сможет его установить, чтобы сообщить нам о доступности данных! Операция повторной блокировки выполняется автоматически исключительно для удобства, чтобы вызвавший функцию pthread_sleepon_wait() поток не беспокоился о состоянии блокировки после «пробуждения».

Давайте перейдем теперь к потоку-«производителю» и рассмотрим, как он использует библиотеку ждущих блокировок. Вот его полная реализация:

producer() {

while (1) {

// Ждать прерывания от оборудования...

pthread_sleepon_lock();

data_ready = 1;

pthread_sleepon_signal(&data_ready);

pthread_sleepon_unlock();

}

}

Как вы видите, поток-«производитель» также блокирует мутекс, чтобы получить монопольный доступ к флагу data_ready перед его установкой.

Клиента «пробуждает» не установка флага data_ready в единицу (1), а вызов функции pthread_sleepon_signal() !

Давайте рассмотрим происходящее в подробностях. Определим состояния «потребителя» и «производителя» следующим образом:

Последняя строка в таблице повторяет первую — мы совершили один полный цикл.