UNIX: взаимодействие процессов, Стивенс Уильям Ричард

UNIX: взаимодействие процессов

на обложку

Стивенс Уильям Ричард

Шрифт:

36 Pthread_create(&tid_consume[i], NULL, consume, &conscount[i]);

37 }

38 /* ожидание завершения всех производителей и потребителей */

39 for (i = 0; i < nproducers: i++) {

40 Pthread_join(tid_produce[i], NULL);

41 printf("producer count[%d] = %d\n", i, prodcount[i]);

42 }

43 for (i = 0; i < nconsumers; i++) {

44 Pthread_join(tid_consume[i], NULL);

45 printf("consumer count[%d] = %d\n", i, conscount[i]);

46 }

47 Sem_destroy(&shared.mutex);

48 Sem_destroy(&shared.nempty);

49 Sem_destroy(&shared.nstored);

50 exit(0);

51 }

Функция produce содержит одну новую строку по сравнению с листингом 10.13. В части кода, относящейся к завершению потока-производителя, появляется строка, отмеченная знаком +:

if (shared.nput >= nitems) {

+ Sem_post(&shared.nstored); /* даем возможность потребителям завершить работу */

Sem_post(&shared.nempty);

Sem_post(&shared.mutex);

return(NULL); /* готово */

}

Снова нам нужно быть аккуратными при обработке завершения процессов-производителей и потребителей. После обработки всех объектов в буфере все потребители блокируются в вызове

Sem_wait(&shared.nstored); /* Ожидание помещения объекта в буфер */

Производителям приходится увеличивать семафор nstored для разблокирования потрeбитeлeй, чтобы они узнали, что работа завершена. Функция consume приведена в листинге 10.17.

Листинг 10.17. Функция, выполняемая всеми потоками-потребителями

//pxsem/prodcons4.c

72 void *

73 consume(void *arg)

74 {

75 int i;

76 for (;;) {

77 Sem_wait(&shared.nstored); /* ожидание помещения объекта в буфер */

78 Sem_wait(&shared.mutex);

79 if (shared.nget >= nitems) {

80 Sem_post(&shared.nstored);

81 Sem_post(&shared.mutex);

82 return(NULL); /* готово */

83 }

84 i = shared.nget % NBUFF;

85 if (shared.buff[i] != shared.ngetval)

86 printf("error: buff[%d] = %d\n", i, shared.buff[i]);

87 shared.nget++;

88 shared.ngetval++;

89 Sem_post(&shared.mutex);

90 Sem_post(&shared.nempty); /* освобождается место для элемента */

91 *((int *) arg) += 1;

92 }

93 }

Завершение потоков-потребителей

79-83 Функция consume сравнивает nget и nitems, чтобы узнать, когда следует остановиться (аналогично функции produce). Обработав последний объект в буфере, потоки-потребители блокируются, ожидая изменения семафора nstored. Когда завершается очередной поток-потребитель, он увеличивает семафор nstored, давая возможность завершить работу другому потоку-потребителю.

10.11. Несколько буферов

Во многих программах, обрабатывающих какие-либо данные, можно встретить цикл вида

while ((n = read(fdin, buff, BUFFSIZE)) > 0) {

/* обработка данных */

write(fdout, buff, n);

}

Например, программы, обрабатывающие текстовые файлы, считывают строку из входного файла, выполняют с ней некоторые действия, а затем записывают строку в выходной файл. Для текстовых файлов вызовы read и write часто заменяются на функции стандартной библиотеки ввода-вывода fgets и fputs.

На рис. 10.11 изображена иллюстрация к такой схеме. Здесь функция reader считывает данные из входного файла, а функция writer записывает данные в выходной файл. Используется один буфер.

Рис. 10.10. Процесс считывает данные в буфер, а потом записывает его содержимое в другой файл

Рис. 10.11. Один процесс, считывающий данные в буфер и записывающий их в файл

На рис. 10.10 приведена временная диаграмма работы такой программы. Числа слева проставлены в условных единицах времени. Предполагается, что операция чтения занимает 5 единиц, записи — 7, а обработка данных между считыванием и записью требует 2 единицы времени.

Можно изменить это приложение, разделив процесс на отдельные потоки, как показано на рис. 10.12. Здесь используется два потока (а не процесса), поскольку глобальный буфер автоматически разделяется между ними. Мы могли бы разделить приложение и на два процесса, но это потребовало бы использования разделяемой памяти, с которой мы еще не знакомы.

Рис. 10.12. Разделение копирования файла между двумя потоками

Разделение операций между потоками (или процессами) требует использования какой-либо формы уведомления между ними. Считывающий поток должен уведомлять записывающий о готовности буфера к операции записи, а записывающий должен уведомлять считывающий о том, что буфер пуст и его можно заполнять снова. На рис. 10.13 изображена временная диаграмма для новой схемы.

Рис. 10.13. Копирование файла двумя потоками

Предполагается, что для обработки данных в буфере требуется две единицы времени. Важно отметить, что разделение чтения и записи между двумя потоками ничуть не ускорило выполнение операции копирования в целом. Мы не выиграли в скорости, мы просто распределили выполнение задачи между двумя потоками (или процессами).

В этих диаграммах мы игнорируем множество тонкостей. Например, большая часть ядер Unix выявляет операцию последовательного считывания файла и осуществляет асинхронное упреждающее чтение следующего блока данных еще до поступления запроса. Это может ускорить работу процесса, считывающего данные. Мы также игнорируем влияние других процессов на наши считывающий и записывающий потоки, а также влияние алгоритмов разделения времени, реализованных в ядре.