Камерон Хьюз - Параллельное и распределенное программирование на С++

Мьютексы используются для управления критическими разделами процессов и потоков, чтобы предотвратить возникновение условий «гонок». Мьютексы позволяют избежать условий «гонок», реализуя последовательный доступ к критическому разделу. Рассмотрим код листинга5.1. В нем демонстрируется выполнение двух потоков. Для защиты их критических разделов и используются мьютексы.

// Листинг 5.1. Использование мьютексов для защиты

// критических разделов потоков

// . . .

pthread_t ThreadA, ThreadB; pthread_mutex_t Mutex,-pthread_mutexattr_t MutexAttr;

void *task1(void *X) {

pthread_mutex_lock(&Mutex); // Критический раздел кода.

pthread_mutex_unlock(&Mutex);

return(0) ;

}

void *task2 (void *X) {

pthread_mutex_lock(&Mutex) ;

// Критический раздел кода.

pthread_mutex_unlосk (&Mu t ex) ; return(0) ;

}

int main(void) {

//...

pthread_mutexattr_init (&MutexAttr) ;

pthread_mutex_init (&Mutex, &MutexAttr) ;

//Устанавливаем атрибуты мьютекса.

pthread_create(&ThreadA, NULL, taskl, NULL) ; pthread_create(&ThreadB,NULL, task2,NULL) ;

//...

return(0) ;

}

В листинге 5.1 потоки ThreadA и ThreadB содержат критические разделы, защищаемые с помощью объекта Mutex.

В листинге 5.2 демонстрируется, как можно использовать мьютексы для защиты критических разделов процессов.

// Листинг 5.2. Использование мьютексов для зашиты

// критических разделов процессов

//...

int Rt;

pthread_mutex_t Mutexl ; pthread_mutexattr_t MutexAttr;

int main(void) {

//...

pthread_mutexattr_init (&MutexAttr); pthread_mutexattr_setpshared(

&MutexAttr,

PTHREAD_PROCESS_SHARED ) ;

pthread_mutex_init (&Mutexl, &MutexAttr) ; if((Rt = fork()) == 0){

// Сыновний процесс.

pthread_mutex_lock(&Mutexl);

// Критический раздел.

pthread_mutex_unlock(&Mutexl) ;

}

else{

// Родительский процесс,

pthread_mutex_lock(&Mutexl); // Критический раздел. pthread_mutex_unlock(&Mutexl) ;

}

//.. .

return(0);

}

Рис. 5.5. Закрытые и разделяемые мьютексы

Важно отметить, что в листинге 5.2 при вызове следующей функции мьютекс инициализируется как разделяемый:

pthread_mutexattr_setpshared(&MutexAttr,PTHREAD_PROCESS_SHARED);

Установка этого атрибута равным значению PTHREAD_PROCESS_SHAREDпозволяет объекту Mutexстать разделяемым между потоками различных процессов. После вызова функции fork() сыновний и родительский процессы могут защищать свои критические разделы с помощью объекта Mutex.Критические разделы этих процессов могут содержать некоторые ресурсы, разделяемые обоими процессами.

Мьютексные семафоры позволяют управлять критическими разделами, обеспечивая последовательный вход в эти разделы. В любой момент времени вход в критический раздел разрешается только одному потоку или процессу. Реализуя блокировки для чтения и записи, можно разрешить вход в критический раздел сразу нескольким потокам, если они намерены лишь считывать данные из разделяемой памяти. Следовательно, блокировкой для чтения может владеть любое количество потоков. Но если сразу несколько потоков должны записывать или модифицировать данные общей памяти, то доступ для этого будет предоставлен только одному потоку. Другими словами, никаким другим потокам не будет разрешено входить в критический раздел, если одному потоку предоставлен монопольный доступ для записи в разделяемую память. Такой подход может оказаться полезным, если приложения чаще считывают данные, чем записывают их. Если в приложении создается множество потоков, организация взаимно исключающего доступа может оказаться излишней предосторож н остью. Производительность такого приложения может значительно увеличиться, если в не м разрешить одновре м енное считывание данных нескольки м и потока м и. Стандарт POSIX определяет м еханиз м блокировки для чтения и записи посредство м типа pthread_rwlock_t.

Блокировки для чтения и записи и м еют такие же операции, как и м ьютексные семафоры. Они перечислены в табл. 5.4.

Различие между обычными мьютексами и мьютексами, обеспечивающими чтение и запись, заключается в операциях запроса на блокирование. Вместо одной операции блокирования здесь предусмотрено две:

pthread_rwlock_rdlock()

pthread_rwlock_wrlock ()

Функция pthread_rwlock_rdlock() предоставляет вызываю щ ему потоку блокировку чтения, а функция pthread_rwlock_wrlock() — блокировку записи. Запросив блокировку чтения, поток получит ее в том случае, если нет потоков, удерживающих блокировку записи. Если же таковые имеются, вызывающий поток блокируется. Если поток запросит блокировку записи, он ее получит в том случае, если нет потоков, удерживающих блокировку чтения или блокировку записи. Если же таковые имеются, вызывающий поток блокируется.