Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений

■ Создается новый поток, и начинает выполняться функция doit.

■ Готово другое соединение, и главный поток снова начинает выполняться (прежде, чем начнется выполнение вновь созданного потока). Завершается функция accept, записывается новое значение переменной connfd(например, значение нового дескриптора равно 6) и главный поток вновь вызывает функцию pthread_create.

Хотя созданы два новых потока, оба они будут работать с одним и тем же последним значением переменной connfd, которое, согласно нашему предположению, равно 6. Проблема заключается в том, что несколько потоков получают доступ к совместно используемой переменной (целочисленному значению, хранящемуся в connfd) при отсутствии синхронизации. В листинге 26.2 мы решаем эту проблему, передавая значение переменной connfdфункции pthread_create, вместо того чтобы передавать указатель на это значение. Этот метод работает благодаря тому способу, которым целочисленные значения в С передаются вызываемой функции (копия значения помещается в стек вызванной функции).

В листинге 26.3 показано более удачное решение описанной проблемы.

Листинг 26.3. Эхо-сервер TCP, использующий потоки с более переносимой передачей аргументов

//threads/tcpserv02.c

1 #include "unpthread.h"

2 static void *doit(void*); /* каждый поток выполняет эту функцию */

3 int

4 main(int argc, char **argv)

5 {

6 int listenfd, *iptr;

7 thread_t tid;

8 socklen_t addrlen, len;

9 struct sockaddr *cliaddr;

10 if (argc == 2)

11 listenfd = Tcp_listen(NULL, argv[1], &addrlen);

12 else if (argc == 3)

13 listenfd = Tcp_listen(argv[1], argv[2], &addrlen);

14 else

15 err_quit("usage: tcpserv01 [ ] ");

16 cliaddr = Malloc(addrlen);

17 for (;;) {

18 len = addrlen;

19 iptr = Malloc(sizeof(int));

20 *iptr = Accept(listenfd, cliaddr, &len);

21 Pthread_create(&tid, NULL, &doit, iptr);

22 }

23 }

24 static void*

25 doit(void *arg)

26 {

27 int connfd;

28 connfd = *((int*)arg);

29 free(arg);

30 Pthread_detach(pthread_self());

31 str_echo(connfd); /* та же функция, что и раньше */

32 Close(connfd); /* мы закончили с присоединенным сокетом */

33 return (NULL);

34 }

17-22 Каждый раз перед вызовом функции acceptмы вызываем функцию mallocи выделяем в памяти пространство для целочисленной переменной (дескриптора присоединенного сокета). Таким образом каждый поток получает свою собственную копию этого дескриптора.

28-29 Поток получает значение дескриптора присоединенного сокета, а затем освобождает занимаемую им память с помощью функции free.

Исторически функции mallocи freeне допускали повторного вхождения. Это означает, что при вызове той или иной функции из обработчика сигнала в то время, когда главный поток выполняет одну из них, возникает большая путаница, так как эти функции оперируют статическими структурами данных. Как же мы можем вызывать эти две функции в листинге 26.3? Дело в том, что в POSIX требуется, чтобы эти две функции, так же как и многие другие, были безопасными в многопоточной среде ( thread-safe ). Обычно это достигается с помощью некоторой разновидности синхронизации, осуществляемой внутри библиотечных функций и являющейся для нас прозрачной (то есть незаметной).

Стандарт POSIX.1 требует, чтобы все определенные в нем функции, а также функции, определенные в стандарте ANSI С, были безопасными в многопоточной среде. Исключения из этого правила приведены в табл. 26.1.

К сожалению, в POSIX.1 ничего не сказано о безопасности в многопоточной среде по отношению к функциям сетевого API. Последние пять строк в этой таблице появились благодаря Unix 98. В разделе 11.18 мы говорили о том, что функции gethostbynameи gethostbyaddrне допускают повторного вхождения. Как уже отмечалось, некоторые производители определяют версии этих функций, обладающие свойством безопасности в многопоточной среде (их названия заканчиваются на _r), но поскольку они не стандартизованы, лучше от них отказаться. Все функции getXXX, не допускающие повторного вхождения, были приведены в табл. 11.5.

Таблица 26.1. Функции, безопасные в многопоточной среде

Приведенная таблица позволяет заключить, что общим способом сделать функцию допускающей повторное вхождение является определение новой функции с названием, оканчивающимся на _r. Обе функции будут безопасными в многопоточной среде, только если вызывающий процесс выделяет в памяти место для результата и передает соответствующий указатель как аргумент функции.

При преобразовании существующих функций для использования в многопоточной среде часто возникают проблемы, связанные со статическими переменными. Функция, сохраняющая состояние в собственном буфере или возвращающая результат в виде указателя на статический буфер, не является безопасной в многопоточной среде, поскольку несколько потоков не могут использовать один и тот же буфер для хранения разных данных. Такая проблема имеет несколько решений.

1. Использование собственных данных потоков (thread-specific data). Это нетривиальная задача, и функция при этом преобразуется к такому виду, что может использоваться только в системах, поддерживающих потоки. Преимущество этого подхода заключается в том, что не меняется вызывающая последовательность, и все изменения связаны с библиотечной функцией, а не с приложениями, которые вызывают эту функцию. Позже в этом разделе мы покажем безопасную в многопоточной среде версию функции readline, созданную с применением собственных данных потоков.

2. Изменение вызывающей последовательности таким образом, чтобы вызывающий процесс упаковывал все аргументы в некую структуру, а также записывал в нее статические переменные из листинга 3.12. Это также было сделано, и в листинге 26.4 показана новая структура и новые прототипы функций.