Системное программирование в среде Windows
Шрифт:
Комментарии по поводу многопоточных моделей
Для описания методов проектирования многопоточных программ используются такие термины, как пул потоков (thread pool), симметричные потоки (symmetric threads) и асимметричная потоковая организация программ (asymmetric threading), а мы при создании примеров использовали модель "хозяин/рабочий", именованные каналы и другие классические модели организации многопоточного выполнения программ.
В этом разделе дано краткое объяснение некоторых полезных описательных терминов, которые являются неотъемлемой частью объектно-ориентированной технологии, основанной на разработанной компанией Microsoft модели компонентных объектов (Component Object Model, СОМ; см. [3]): однопоточная модель (single threading), модель апартаментных потоков (apartment model) и модель свободных потоков (free threading). В СОМ эти модели реализуются за счет использования функций Windows, предназначенных для управления потоками и синхронизации их выполнения. Каждая из перечисленных моделей обладает отличными от других характеристиками производительности и предъявляет свои требования к синхронизации.
• Пул потоков — это совокупность потоков, доступных для использования по мере необходимости. С помощью рис. 7.1 и программы 11.3 иллюстрируется пул потоков, которые могут назначаться новым клиентам, подключающимся к соответствующему именованному каналу. При отсоединении клиента поток возвращается в пул.
• Потоковая модель является симметричной, если группа потоков выполняют одну и ту же задачу с использованием одной и той же функции потока. Симметричные потоки используются в программе grepMT (программа 7.1): все потоки выполняют один и тот же код поиска шаблона. Обратите внимание, что эти потоки не образуют пула; каждый из них создается для выполнения определенной задачи и завершается сразу же после того, как задача выполнена. Пул симметричных потоков создается в программе 11.3.
• Потоковая модель является асимметричной, если различные потоки выполняют различные задачи с использованием различных функций потока. Так, функция потока широковещательной рассылки сообщений, представленная на рис. 7.1 и реализованная в программе 11.4, и функция сервера соответствуют модели асимметричных потоков.
• В соответствии с терминологией СОМ объект является однопоточным, если доступ к нему может получать только один поток. Это означает, что доступ к такому объекту сериализуется. В случае сервера базы данных таким объектом будет сама база данных. В примерах, приведенных в настоящей главе, многопоточная модель используется для организации доступа к объекту, в качестве которого могут рассматриваться программы и файлы, расположенные на
• В соответствии с терминологией СОМ об апартаментной модели следует говорить тогда, когда для каждого экземпляра объекта назначается отдельный поток. Так, отдельные потоки могут назначаться для осуществления доступа к разным базам данных или частям базы данных. Доступ к объекту сериализуется с помощью единственного потока.
• Объект, соответствующий модели свободных потоков, имеет поток, который обычно назначается ему из пула потоков по запросу. Обсуждавшийся в настоящей главе сервер можно считать сервером со свободными потоками, если соединение рассматривать как запрос. Аналогично, если сервер базы данных поддерживается потоками, то можно говорить о том, что база данных соответствует модели свободных потоков.
Некоторые программы, например sortMT (программа 7.2), в рамки ни одной из перечисленных моделей точно не укладываются. Вспомните также, что нами уже использовались и другие модели, а именно, модель "хозяин/рабочий", именованные каналы и клиент-серверные модели, применение которых является общепринятым, однако не находит отражения в моделях Microsoft.
Применение указанных моделей многопоточного программирования оказывается уместным и в главе 12, в которой вводятся внутрипроцессные серверы, и компания Microsoft использует соответствующие термины в некоторой части своей документации. Не забывайте о том, что эти термины определены применительно к СОМ-объектам; предыдущее обсуждение показало, как использовать их в более широком контексте. СОМ — это слишком большой и сложный предмет, чтобы мы могли полностью описать его в данной книге. В списке литературы, приведены некоторые ссылки, которыми вы можете воспользоваться для получения более подробных сведений по этому вопросу.
Резюме
Каналы и почтовые ящики Windows, доступ к которым осуществляется с помощью операций файлового ввода/вывода, обеспечивают поточное межпроцессное и сетевое взаимодействие. В примерах продемонстрировано, как организовать передачу данных из одного процесса в другой при помощи каналов и как построить простую многопоточную клиент-серверную систему. Кроме того, каналы обеспечивают дополнительную возможность синхронизации потоков, поскольку считывающий поток блокируется до тех пор, пока другой поток не выполнит запись в канал.
В следующих главах
В главе 12 для осуществления межпроцессного и сетевого взаимодействия вместо оригинальных механизмов Windows привлечены стандартные механизмы. Прежний вариант клиент-серверной системы переработан с использованием стандартных методов и дополнительно усовершенствован за счет некоторого улучшения серверной части.
Упражнения
11.1. Проведите эксперименты с целью проверки справедливости приведенных ранее утверждений относительно повышения производительности, обеспечиваемого использованием функции TransactNamedPipe. Для этого вам придется внести в существующий код сервера некоторые изменения. Кроме того, сопоставьте полученные результаты с теми, к которым приводит текущая реализация.
11.2. Воспользуйтесь программой JobShell из главы 6 для запуска сервера и нескольких клиентов, причем каждый из клиентов должен создаваться в режиме "отсоединения". Для завершения работы остановите сервер путем посылки управляющего сигнала консоли с помощью команды kill. Имеются ли у вас какие-либо соображения по поводу улучшения логики закрытия программы serverNP, чтобы подключенный серверный поток мог проверять флаг завершения работы, будучи блокированным в ожидании запроса клиента? Подсказка. Создайте считывающий поток, аналогичный потоку соединения.