Параллельное и распределенное программирование на С++

Хьюз Камерон

// Листинг 4.2. Использование атрибутного объекта для // создания открепленного потока

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

pthread_t ThreadA,ThreadB;

pthread_attr_t DetachedAttr;

int N;

if(argc != 2) {

cout « «Ошибка» << endl; exit (1);

}

N = atoi(argv[1]);

pthread_attr_init(&DetachedAttr);

pthread_attr_setdetachstate(&DetachedAttr,PTHREAD_CREATE_DETACHED);

pthread_create(&ThreadA,NULL, task1, &N);

pthread_create(&ThreadB,&DetachedAttr,task2 , &N);

cout << «Ожидание присоединения потока А.» << endl; pthread_join(ThreadA,NULL);

return (0) ;

}

В листинге 4.2 объявляется атрибутный объект DetachedAttr, для инициализации которого используется функция pthread_attr_init. После

инициализации этого объекта вызывается функция pthread_attr_detachstate, которая изменяет свойство detachstate («присоединяемость»), установив значение PTHREAD_CREATE_DETACHED («открепленность»). При создании потока ThreadB с помощью функции pthread_create в качестве ее второго аргумента используется модифицированный объект DetachedAttr. Для потока ThreadB вызов функции pthread_join не используется, поскольку открепленные потоки присоединить невозможно.

Управление потоками

Создавая приложение с несколькими потоками, можно по-разному организовать их выполнение, использование ими ресурсов и состязание за ресурсы. Управление потоками по большей части осуществляется путем установки стратегий планирования и значений приоритета. Эти факторы влияют на эффективность потока. Кроме них, эффективность потока также определяется тем, как потоки состязаются за ресурсы: в рамках одного процесса либо в масштабе всей системы. Стратегию планирования, приоритет и область конкуренции потока можно установить с помощью объекта атрибутов потока. Поскольку потоки совместно используют ресурсы, доступ к ним необходимо синхронизировать. Эту тему мы кратко затронем в этой главе и более подробно— в главе 5. К вопросам синхронизации также относятся и такие: где и как завершаются и аннулируются потоки.

Завершение потоков

Выполнение потока может быть прервано по разным причинам:

• в результате выхода из процесса с возвращаемым им статусом завершения (или без него);

• в результате собственного завершения и предоставления статуса завершения;

• в результате аннулирования другим потоком в том же адресном пространстве.

Завершаясь, функция присоединения потока pthread_join возвращает вызывающему потоку статус завершения, передаваемый функции pthread_exit, которая была вызвана завершающимся потоком. Если завершающийся поток не обращался к функции pthread_exit , то в качестве статуса завершения будет использовано значение, возвращаемое этой функцией, если оно существует; в противном случае статус завершения равен значению NULL. ^[9] Воз можна ситуация, когда одному потоку необходимо завершить другой поток в том же процессе. Например, приложение может иметь поток, который контролирует работу других потоков. Если окажется, что некоторый поток «плохо себя ведет», или больше не нужен, то ради экономии системных ресурсов, возможно, его нужно завершить. Завершающийся поток может окончиться немедленно или отложить завершение до тех пор, пока не достигнет в своем выполнении некоторой логической точки. При этом вполне вероятно, что такой поток (прежде чем завершиться) должен выполнить некоторые действия очистительно-восстановительного характера. Поток имеет также возможность отказаться от завершения.

Для завершения вызывающего потока используется функция pthread_exit Значение value_ptr передается потоку, который вызывает функцию pthread_join для этого потока. Еще не выполненные процедуры, связанные с «уборкой», будут выполнены вместе с деструкторами, предусмотренными для потоковых данных. Никакие ресурсы, используемые потоками, при этом не освобождаются.

Синопсис

#include <pthread.h>

int pthread_exit(void *value_ptr);

При завершении последнего потока в процессе завершается сам процесс со статусом завершения, равным 0. Эта функция не может вернуться к вызывающему потоку и не определяет никаких кодов ошибок.

Для отмены выполнения некоторого потока по инициативе потока из того же адресного пространства используется функция pthread__cancel . Отменяемый поток задается параметром thread.

Синопсис

#include <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t thread);

Обращение

к функции pthread_cancel представляет собой запрос аннулировать поток. Этот запрос может быть удовлетворен немедленно, с отсрочкой или проигнорирован. Когда произойдет аннулирование (и произойдет ли оно вообще), зависит от типа аннулирования и состояния потока, подлежащего этой кардинальной операции. Для удовлетворения запроса на отмену потока предусмотрен процесс аннулирования, который происходит асинхронно (т.е. не совпадает по времени) по отношению к выходу из функции pthread_cancel и ее возврату в вызывающий поток. Если потоку нужно выполнить «уборочные» задачи, они обязательно выполняются. После выполнения последней такой задачи-обработчика вызываются деструкторы потоковых объектов, если таковые предусмотрены, и только после этого поток завершается. В этом и состоит процесс аннулирования потока. При успешном выполнении функция pthread_cancel возвращает число 0 , в противном случае — код ошибки. Эта функция не выполнится успешно, если параметр thread не соответствует ни одному из существующих потоков.

Некоторые потоки могут потребовать принять меры безопасности против преждевременного их аннулирования. Внесение в потоковую функцию средств безопасности может предотвратить возникновение некоторых нежелательных ситуаций. Потоки разделяют общие данные, и (в зависимости от используемой потоковой модели) один поток может обрабатывать данные, которые должны быть переданы другому потоку для последующей обработки. Пока поток обрабатывает данные, он является их единственным обладателем благодаря блокированию мьютекса, связанного с этими данными. Если поток, имеющий заблокированный мьютекс, аннулируется до его освобождения, возникает взаимоблокировка. Для того чтобы снова использовать данные, их следует привести в определенное состояние. Если поток отменяется до освобождения мьютекса, могут возникнуть нежелательные условия. Другими словами, в зависимости от типа обработки, которую выполняет поток, его аннулирование должно происходить тогда, когда это безопасно. Об опасных и безопасных периодах «знает» только сам поток, и поэтому только он может предотвратить свое аннулирование в опасные периоды. Следовательно, круг потоков, которые можно аннулировать, должен быть ограничен потоками, которые не относятся к числу «жизненно важных» или которые не имеют блокировок ресурсов. Кроме того, аннулирование может быть отсрочено до тех пор, пока не будут выполнены «жизненно важные» действия.

Состояние готовности к аннулированию (cancelability state) описывает условия, при которых поток может (или не может) быть аннулирован. Тип аннулирования (cancelabilty type) потока определяет способность потока продолжать выполнение после получения запросов на аннулирование. Поток может отреагировать на аннулирующий запрос немедленно или отложить аннулирование до определенной (более поздней) точки в его выполнении. Состояние готовности к аннулированию и тип аннулирования устанавливаются динамически самим потоком.

Для определения состояния готовности к аннулированию и типа аннулирования вызывающего потока используются функции p thread_setcancelstate pthread_setcanceltype. Функция pthread_setcancelstate устанавливает вызывающий поток в состояние, заданное параметром state, и возвращает предыдущее состояние в параметре oldstate.

Синопсис

#include <pthread.h>

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);

int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);

Параметры state и oldstate могут принимать такие значения:

PTHREAD_CANCEL_DISABLE

PTHREAD_CANCEL_ENABLE

Значение PTHREAD_CANCEL_DISABLE определяет состояние, в котором поток будет игнорировать запрос на аннулирование, а значение PTHREAD_CANCEL_ENABLE – состояние, в котором поток «согласится» выполнить соответствующий запрос (это состояние по умолчанию устанавливается для каждого нового потока). При успешном выполнении функция возвращает число 0 , в противном случае — код ошибки. Функция pthread_setcancelstate не может выполниться успешно, если переданное