Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений

for (;;) {

Sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);

while (nqueue == 0)

sigsuspend(&zeromask); /* ожидание дейтаграммы для обработки */

nqueue--;

/* разблокирование SIGIO */

Sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL);

Sendto(sockfd, dg[iget].dg_data, dg[iget].dg_len, 0,

dg[iget].dg_sa, dg[iget].dg_salen);

if (++iget >= QSIZE)

iget = 0;

}

Верна ли такая модификация?

Согласно традиционной модели Unix, когда процессу требуется, чтобы некое действие было выполнено каким-либо другим объектом, он порождает дочерний процесс, используя функцию fork, и этим порожденным процессом выполняется необходимое действие. Большинство сетевых серверов под Unix устроены именно таким образом, как мы видели при рассмотрении примера параллельного (concurrent) сервера: родительский процесс осуществляет соединение с помощью функции acceptи порождает дочерний процесс, используя функцию fork, а затем дочерний процесс занимается обработкой клиентского запроса.

Хотя эта концепция с успехом использовалась на протяжении многих лет, с функцией forkсвязаны определенные неудобства.

■ Стоимость функции forkдовольно высока, так как при ее использовании требуется скопировать все содержимое памяти из родительского процесса в дочерний, продублировать все дескрипторы и т.д. Текущие реализации используют технологию, называемую копированием при записи ( copy-on-write ), при которой копирование пространства данных из родительского процесса в дочерний происходит лишь тогда, когда дочернему процессу требуется своя собственная копия. Но несмотря на эту оптимизацию, стоимость функции forkостается высокой.

■ Для передачи данных между родительским и дочерним процессами после вызова функции forkтребуется использовать средства взаимодействия процессов (IPC). Передача информации перед вызовом forkне вызывает затруднений, так как при запуске дочерний процесс получает от родительского копию пространства данных и копии всех родительских дескрипторов. Но возвращение информации из дочернего процесса в родительский требует большей работы.

Обе проблемы могут быть разрешены путем использования программных потоков ( threads ). Программные потоки иногда называются облегченными процессами ( lightweight processes ), так как поток проще, чем процесс. В частности, создание потока требует в 10–100 раз меньше времени, чем создание процесса.

Все потоки одного процесса совместно используют его глобальные переменные, поэтому им легко обмениваться информацией, но это приводит к необходимости синхронизации.

Однако общими становятся не только глобальные переменные. Все потоки одного процесса разделяют:

■ инструкции процесса;

■ большую часть данных;

■ открытые файлы (например, дескрипторы);

■ обработчики сигналов и вообще настройки для работы с сигналами (действие сигнала);

■ текущий рабочий каталог;

■ идентификаторы пользователя и группы пользователей.

У каждого потока имеются собственные:

■ идентификатор потока;

■ набор регистров, включая счетчик команд и указатель стека;

■ стек (для локальных переменных и адресов возврата);

■ переменная errno;

■ маска сигналов;

■ приоритет.

Как сказано в разделе 11.18, можно рассматривать обработчик сигнала как некую разновидность потока. В традиционной модели Unix у нас имеется основной поток выполнения и обработчик сигнала (другой поток). Если в основном потоке в момент возникновения сигнала происходит корректировка связного списка и обработчик сигнала также пытается изменить связный список, обычно начинается путаница. Основной поток и обработчик сигнала совместно используют одни и те же глобальные переменные, но у каждого из них имеется свой собственный стек.

В этой книге мы рассматриваем потоки POSIX, которые также называются Pthreads (POSIX threads). Они были стандартизованы в 1995 году как часть POSIX.1c и будут поддерживаться большинством версий Unix. Мы увидим, что все названия функций Pthreads начинаются с символов pthread_. Эта глава является введением в концепцию потоков, необходимым для того, чтобы в дальнейшем мы могли использовать потоки в наших сетевых приложениях. Более подробную информацию вы можете найти в [15].

В этом разделе мы рассматриваем пять основных функций для работы с потоками, а в следующих двух разделах мы используем эти функции для написания потоковой модификации клиента и сервера TCP.

Когда программа запускается с помощью функции exec, создается один поток, называемый начальным ( initial ) или главным ( main ). Дополнительные потоки создаются функцией pthread_create.

#include

int pthread_create(pthread_t* tid , const pthread_attr_t * attr ,

void *(* func )(void*), void * arg );

Возвращает: 0 в случае успешного выполнения, положительное значение Exxx в случае ошибки

Каждый поток процесса обладает собственным идентификатором потока ( thread ID ), относящимся к типу данных pthread_t(как правило, это unsigned int). При успешном создании нового потока его идентификатор возвращается через указатель tid.

У каждого потока имеется несколько атрибутов : его приоритет, исходный размер стека, указание на то, должен ли этот поток являться демоном или нет, и т.д. При создании потока мы можем задать эти атрибуты, инициализируя переменную типа pthread_attr_t, что позволяет заменить значение, заданное по умолчанию. Обычно мы используем значение по умолчанию, в этом случае мы задаем аргумент attrравным пустому указателю.

Наконец, при создании потока мы должны указать, какую функцию будет выполнять этот поток. Выполнение потока начинается с вызова заданной функции, а завершается либо явно (вызовом pthread_exit), либо неявно (когда вызванная функция возвращает управление). Адрес функции задается аргументом func, и она вызывается с единственным аргументом-указателем arg. Если этой функции необходимо передать несколько аргументов, следует поместить их в некоторую структуру и передать адрес этой структуры как единственный аргумент функции.

Обратите внимание на объявления funcи arg. Функции передается один аргумент — универсальный указатель void*. Это позволяет нам передавать потоку с помощью единственного указателя все, что требуется, и точно так же поток возвращает любые данные, используя этот указатель.

Возвращаемое значение функций Pthreads — это обычно 0 в случае успешного выполнения или ненулевая величина в случае ошибки. Но в отличие от функций сокетов и большинства системных вызовов, для которых в случае ошибки возвращается -1 и переменной errnoприсваивается некоторое положительное значение (код ошибки), функции Pthreads возвращают сам код ошибки. Например, если функция pthread_createне может создать новый поток, так как мы превысили допустимый системный предел количества потоков, функция возвратит значение EAGAIN. Функции Pthreads не присваивают переменной errnoникаких значений. Соглашение о том, что 0 является индикатором успешного выполнения, а ненулевое значение — индикатором ошибки, не приводит к противоречию, так как все значения Exxx, определенные в заголовочном файле , являются положительными. Ни одному из имен ошибок Exxx не сопоставлено нулевое значение.