Марк Митчелл - Программирование для Linux. Профессиональный подход

struct job* job_queue;

/* Исключающий семафор, защищающий очередь. */

pthread_mutex_t job_queue_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

/* Обработка заданий до тех пор, пока очередь не опустеет. */

void* thread_function(void* arg) {

while (1) {

struct job* next_job;

/* Захват семафора, защищающего очередь. */

pthread_mutex_lock(&job_queue_mutex);

/* Теперь можно проверить, является ли очередь пустой. */

if (job_queue == NULL)

next_job = NULL;

else {

/* Запрашиваем следующее задание. */

next_job = job_queue;

/* Удаляем задание из списка. */

job_queue = job_queue->next;

}

/* Освобождаем семафор, так как работа с очередью окончена. */

pthread_mutex_unlock(&job_queue_mutex);

/* Если очередь пуста, завершаем поток. */

if (next_job == NULL)

break;

/* Выполняем задание. */

process_job(next_job);

/* Очистка. */

free(next_job);

}

return NULL;

}

Все операции доступа к совместно используемому указателю job_queueпроисходят между вызовами функций pthread_mutex_lock()и pthread_mutex_unlock(). Объект задания, ссылка на который хранится в переменной next_job, обрабатывается только после того, как ссылка на него удаляется из очереди, что позволяет обезопасить этот объект от других потоков.

Обратите внимание на то, что, если очередь пуста (т.е. указатель job_queueравен NULL), цикл не завершается немедленно. Это привело бы к тому, что исключающий семафор так и остался бы в захваченном состоянии и не позволил бы ни одному другому потоку получить доступ к очереди заданий. Мы действуем иначе: записываем в переменную next_jobзначение NULLи выходим из цикла только после освобождения семафора.

Исключающий семафор блокирует доступ к участку программы, а не к переменной. В обязанности программиста входит написать код для захвата семафора перед доступом к переменной и последующего его освобождения. Вот как. например, может выглядеть функция, добавляющая новое задание к очереди:

void enqueue_job(struct job* new_job) {

pthread_mutex_lock(&job_queue_mutex);

new_job->next = job_queue;

job_queue = new_job;

pthread_mutex_unlock(&job_queue_mutex);

}

Исключающие семафоры являются механизмом, позволяющим одному потоку блокировать выполнение другого потока. Это приводит к возникновению нового класса ошибок. называемых взаимоблокировками или тупиковыми ситуациями. Смысл ошибки в том. что один или несколько потоков ожидают наступления события, которое на самом деле никогда не произойдет.

Простейшая тупиковая ситуация — когда один поток пытается захватить тот же самый исключающий семафор дважды подряд. Дальнейшие действия зависят от типа исключающего семафора. Их всего три.

■ Захват быстрого семафора (используется по умолчанию) приведет к взаимоблокировке. Функция, обращающаяся к захваченному семафору данного типа, заблокирует поток до тех пор, пока семафор не будет освобожден. Но семафор принадлежит самому потоку, поэтому блокировка никогда не будет снята.

■ Захват рекурсивного семафора не приведет к взаимоблокировке. Семафор данного типа запоминает, сколько раз функция pthread_mutex_lock()была вызвана в потоке, которому принадлежит семафор. Чтобы освободить семафор и позволить другим потокам обратиться к нему, необходимо аналогичное число раз вызвать функцию pthread_mutex_unlock().

■ Операционная система Linux обнаруживает попытку повторно захватить контролирующий семафор и сигнализирует об этом: при очередном вызове функции pthread_mutex_lock()возвращается код ошибки EDEADLK.

По умолчанию в Linux создается быстрый семафор. В двух других случаях требуется предварительно создать объект атрибутов семафора, объявив переменную типа pthread_mutexattr_tи передав указатель на нее функции pthread_mutexattr_init(). Затем нужно задать тип исключающего семафора с помощью функции pthread_mutexattr_setkind_np(). Первым ее аргументом является указатель на объект атрибутов семафора; второй аргумент равен PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NPв случае рекурсивного семафора и PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP— в случае контролирующего семафора. Указатель на полученный объект атрибутов необходимо передать функции pthread_mutex_init(), которая создаст семафор. После этого нужно удалить объект атрибутов с помощью функции pthread_mutexattr_destroy().

Следующий фрагмент программы иллюстрирует процесс создания контролирующего семафора: