Олег Цилюрик - QNX/UNIX - Анатомия параллелизма

• Так же радикально отличаются и их характеристики доступа: изнутри процесса (или даже только из того потока, который уже владеет мьютексом), из внешнего процесса, из процесса, работающего на совершенно другом сетевом узле… То, что мы уже рассматривали как «характеристики времени жизни» объектов, принадлежит различным категориям: процесса (process-persistent), ядра (kernel-persistent) или файловой системы (filesystem-persistent).

• У захваченного мьютекса всегда есть поток-владелец, и только он может освободить его в дальнейшем. Именно поэтому мьютекс может использоваться для синхронизации потоков, но только синхронизации в смысле разграничения временной последовательности доступак фрагменту кода — к тому, что часто называют критической секцией кода. Функциональность семафора значительно выше: при возможности (почти всегда) его применения в том контексте, в котором используется и мьютекс (только нужно ли это делать?), он может применяться и для синхронизации потоков в смысле координации последовательностиих взаимодействия в качестве элемента, управляющего порядком выполнения. Покажем это на примере. Для этого незначительно трансформируем код предыдущего теста для семафора ( файл sy21.cc ):

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

unsigned long N = 1000;

unsigned int T = 2;

static sem_t* sem;

static bool debug = false;

static char* str; // строка диагностики

static volatile int ind = 0;

uint64_t *t;

void* threadfunc(void* data) {

unsigned long i = 0;

char tid[8];

sprintf(tid, "%X", pthread_self());

// временная метка начала во всех потоках устанавливается

// на время достижения этой точки в последнем (активном) потоке

if ((int)data == T - 1) {

uint64_t с = ClockCycles();

for (int i = 0; i < T; i++ ) t[i] = c;

}

// рабочий цикл переключений за счет синхронизации

while (i++ < N) {

sem_wait(sem + (int)data);

if (debug) str[ind++] = *tid;

sem_post(sem + ((int)data +1) % T);

}

t[(int)data] = ClockCycles() - t[(int)data];

return NULL;

}

int main(int argc, char *argv[]) {

int opt, val;

while ((opt = getopt(argc, argv, "n:t:v")) != -1) {

switch(opt) {

case 'n':

if (sscanf(optarg, "%i", &val) != 1)

cout << "parse command line error" << endl, exit(EXIT_FAILURE);

if (val > 0) N — val;

break;

case 't':

if (sscanf(optarg, "%i", &val) != 1)

cout << "parse command line error" << endl, exit(EXIT_FAILURE);

if (val > 0) T = val;

break;

case 'v':

debug = true;

break;

default:

exit(EXIT_FAILURE);

}

}

if (debug) str = new char[T * N + 1];

pthread_t* tid = new pthread_t[T];

sem = new sem_t[T];

t = new uint64_t[T];

for (int i = 0; i < T; i++) {

// все потоки, кроме последнего, будут заблокированы

// на своих семафорах сразу же после старта

if (sem_init(sem + i, 0, (i == (T - 1)) ? 1 : 0))

perror("semaphore init"), exit(EXIT_FAILURE);

if (pthread_create(tid + i, NULL, threadfunc, (void*)i ! = EOK)

perror( "thread create error"), exit(EXIT_FAILURE);

}

for (int i=0; i < T; i++)

pthread_join(tid[i], NULL);

for (int i = 0; i < T; i++) sem_destroy(sem + i);

delete [] sem;

for (int i = 0; i < T; i++)

cout << tid[i] << "\t: cycles - " << t[i] << ";\ton semaphore - " <<

t[i] / T / N << endl;

delete [] tid;

delete [] t;

if (debug) {

str[ind] = "\0"; cout << str << endl;

delete [] str;

}

exit(EXIT_SUCCESS);

}

Логически приложение изменилось следующим образом:

• Теперь у нас может быть не 2 идентичных (симметричных) потока, а произвольное их количество (ключ -tпри запуске приложения).

• Потоки синхронизируются не на одном семафоре — введен массив семафоров по числу потоков: каждый поток блокируется на «своем» семафоре, но разблокирует его (после очередного выполнения своего фрагмента) семафор заблокированного «соседа».

• Теперь нам нет нужды использовать барьер для одновременного старта всех созданных потоков: семафоры всех создаваемых потоков инициализируются нулевым значением; стартующий поток тут же блокируется на своем семафоре, и только последний из запущенных выполняется, не блокируясь на семафоре.

• Из кода исключены какие бы то ни было средства принудительной передачи управления ( sched_yield()) — все управление логикой ветвления осуществляется только состояниями семафоров.

Посмотрим, что у нас получилось. Запускаем приложение с диагностическим выводом идентификаторов потоков (ключ -v; он у нас был в тестах и ранее, только мы о нем не упоминали):