Камерон Хьюз - Параллельное и распределенное программирование на С++

Теперь мы можем использовать такой встроенный интерфейсный класс, как mutex,в любых других пользовательских классах, предназначенных для безопасной обработки потоков выполнения. Предположим, мы хотели бы создать очередь с многопоточной поддержкой и многопоточный класс pvm_stream.Очередь будем использовать для хранения поступающих событий для множества потоков, образованных в программе. На некоторые потоки возложена ответственность за отправку сообщений различным PVM-задачам. PVM-задачи и потоки выполняются параллельно. Несколько потоков выполнения разделяют единственный PVM-класс и единственную очередь событий. Отношения между потоками, PVM-задачами, очередью событий и классом pvm_streamпоказаны на рис. 11.1.

Очередь, показанная на рис. 11.1, представляет собой критический раздел, поскольку она совместно используется несколькими выполняемыми потоками. Класс pvm_stream— это также критический раздел и по той же причине. Если эти критические разделы не синхронизировать и не защитить, то данные в очереди и классе pvm_streamмогут разрушиться. Тот факт, что несколько потоков могут одновременно обновлять либо очередь, либо код класса pvm_stream,открывает среду для «гонок». Чтобы не допустить этого, мы должны обеспечить нашу очередь и к л асс pvm_streamвстроенны м и средства м и блокировки и разблокировки. Эти средства также поддерживаются классом mutex.На рис. 11.2 показана диаграмма классов для наших пользовательских классов x_queueи pvm_stream.

Обратите внимание на то, что класс x_queueсодержит к л асс мьютекс, т.е. между классами x_queueи мьютекс существует отношение агрегирования. Любая операция, которая изменяет состояние наше г о к л асса x_queue,может привести к «гонкам» данных, если, конечно, эгу операцию не синхронизировать. Следовательно, операции, которые добавляют объект в очередь или удаляют его из нее, являются кандидатами для синхронизации. В листинге 11.3 приведено объявление к л асса x_queueкак шаблонного.

// Листинг 11.3. Объявление класса x_queue

template x_queue class{

protected:

queue EventQ;

mutex Mutex;

//...

public:

bool enqueue(T Object);

T dequeue(void);

//...

};

Метод enqueue()используется для добавления элементов в очередь, а метод dequeue()— для удаления их из очереди. Каждый из этих методов рассчитан на использование oбъeктaMutex. Определение этих методов приведено в листинге 11.4.

// Листинг 11.4. Определение методов enqueue() и dequeue()

tempIate bool x_queue::enqueue(T Object)

{

Mutex.lock(); EventQ.push(Object); Mutex.unlock();

}

Leinplr.te T x_queue::dequeue(void)

{

T Object; //. . .

Mutex.lock();

Object = EventQ.front()

EventQ.pop();

Mutex.unlock() ;

//. . .

return(Object);

}

Теперь очередь может функционировать (принимать новые элементы и избавляться от ненужных) в многопоточной среде. ПотокВ (см. рис.11.1) добавляет элементы в очередь, а потокА удаляет их оттуда. Класс mutex является интерфейсным классом. Он заключает в оболочку функции pthread_mutex_lock (), pthread_mutex_unlock (), pthread_mutex_init() и pthread_mutex_trylock(). Класс x_queue также является интерфейсным, поскольку он адаптирует интерфейс для встроенного класса queue . Прежде всего, он заменяет интерфейсы методов push() и pop() методами enqueue() и dequeue() . При этом операции вставки и удаления элементов из очереди заключаются между вызовами методов Mutex.lock() и Mutex.unlock(). Поэтому в первом случае мы используем интерфейсный класс для инкапсуляции переменных типа pthread_mutex_t* и pthread_mutexattr_t*, а также заключаем в интерфейсную оболочку несколько функций из библиотеки Pthread. А во втором случае мы используем интерфейсный класс для адаптации интерфейса класса queue. Еще одно достоинство класса mutex состоит в том, что его легко использовать в других классах, которые содержат критические разделы или области.

Класс pvm_stream (см. рис. 11 1) также является критическим разделом, поскольку оба потока выполнения (А и В) имеют доступ к потоку данных. Опасность возникновения «гонок» данных здесь вполне реальна, поскольку потокА и поток В могут получить доступ к потоку данных одновременно. Следовательно, мы используем класс mutex в нашем классе pvm_stream для обеспечения необходимой синхронизации.