Олег Цилюрик - QNX/UNIX - Анатомия параллелизма

Как известно, классический случай инверсии приоритетов может возникать, когда более двух потоков разного приоритета конкурируют и разделяют один общий ресурс. В этой ситуации возможно такое стечение обстоятельств, когда низкоприоритетный поток захватывает ресурс, но позже вытесняется потоком среднего приоритета, а поток с высоким приоритетом блокируется в ожидании освобождения ресурса, захваченного низкоприоритетным потоком. Эта ситуация детально описана в соответствующей главе [4], где приводится сравнительный анализ поведения различных ОС в этой ситуации. Классическим решением этой проблемы является протокол наследования приоритетов, когда ОС распознает ситуацию подобного блокирования и автоматически повышает приоритет вытесненного потока (низкого приоритета) до уровня наивысшего приоритета из числа потоков, ожидающих освобождения ресурса. В результате поток с низким приоритетом не вытесняется, как надлежало бы в соответствии с его изначальным приоритетом, а быстро проходит критическую секцию (освобождая ее), после чего его приоритет возвращается на исходный уровень.

В ряде случаев наследование приоритетов может оказаться не самым оптимальным решением. Примером здесь может служить ситуация, когда один высокоприоритетный поток разделяет много ресурсов с низкоприоритетными потоками — по одному ресурсу на каждый поток. В такой ситуации может возникнуть положение, когда много низкоприоритетных потоков (вытесненных) выстроятся перед высокоприоритетным. Но тогда длинный ряд последовательных операций вытеснения («поштучно») и наследования приоритетов блокирующих потоков может привести к тому, что не хватит времени до окончания критического срока выполнения потока высокого приоритета, пока ОС будет анализировать ситуацию и последовательно проводить протокол наследования приоритетов.

Именно для таких ситуаций и предназначен протокол граничного приоритета. В соответствии с этим протоколом примитив синхронизации (в нашем рассмотрении это мьютекс) наделяется собственным фиксированным приоритетом, а приоритет любого потока, захватившего этот мьютекс, поднимается до предустановленного граничного уровня приоритета мьютекса.

int pthread_mutexattr_setprotocol(

pthread_mutexattr_t* attr, int protocol);

int pthread_mutexattr_getprotocol(

pthread_mutexattr_t* attr, int* protocol);

Эти функции устанавливают/считывают протокол, который реализуется мьютексом для защиты от инверсии приоритетов. Переменная protocolможет принимать следующие значения:

PTHREAD_PRIO_INHERIT(значение по умолчанию) — определяет, что для воспрепятствования возникновению инверсии приоритетов будет использоваться протокол наследования приоритетов.

PTHREAD_PRIO_PROTECT— любой поток, захвативший мьютекс и созданный с таким параметром, будет устанавливать фиксированный уровень приоритета в соответствии со значением поля prioceiling, возвращаемого функцией pthread_mutexattr_getprioceiling(). Таким образом, установка этого значения в качестве протокола мьютекса приводит к реализации протокола граничного приоритета для защиты от инверсии приоритетов.

int pthread_mutexattr_setpshared(

pthread_mutexattr_t* attr, int pshared);

int pthread_mutexattr_getpshared(

const pthread_mutexattr_t* attr, int* pshared);

Эти функции устанавливают/считывают внутреннее поле атрибутной записи мьютекса, определяющее, возможен ли доступ к мьютексу из потоков, запущенных вне процесса, в котором был создан и инициализирован мьютекс. Параметр psharedможет принимать следующие значения:

PTHREAD_PROCESS_SHARED— любой поток из любого процесса в системе, который может получить доступ к синхронизирующему объекту (для этого придется использовать какой-либо из методов IPC, возможно shared memory), может использовать его по назначению.

PTHREAD_PROCESS_PRIVATE(значение по умолчанию) — мьютекс может использоваться только потоками, порожденными в том же процессе, где был инициализирован мьютекс. В документации сказано: попытка захвата мьютекса с таким значением параметра доступа к потокам из «чужого» процесса приведет к неопределенному результату. На практике же функция захвата возвращает управление в любом случае, независимо от того, был ли уже захвачен мьютекс другим потоком или нет (как будто происходит нормальный захват). Состояние мьютекса при этом никак не меняется.