Этот пример показывает, как аккуратны вы должны быть с временными условиями в многопоточных программах. Исправить программу можно, применяя дополнительный семафор для того, чтобы заставить поток
main
ждать, пока у считающего потока не появится возможность закончить свой подсчет, но гораздо легче применить мьютекс или исключающий семафор, который мы рассмотрим далее.
Синхронизация с помощью мьютексов
Другой способ синхронизации доступа в многопоточных программах — применение мьютексов (сокращение от mutual exclusions — взаимные исключения) или исключающих семафоров, которые разрешают
программистам "запирать" объект так, что только один поток может обратиться к нему.
Базовые функции, необходимые для использования мьютексов, очень похожи на функции семафоров. Они объявляются следующим образом:
#include <рthread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t* mutex,
const pthread_mutexattr_t *mutexattr);
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread mutex_t* mutex);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
Как обычно, в случае успешного завершения возвращается 0 и код ошибки в случае аварийного завершения, но переменная
errno
не задается, вам придется использовать код возврата.
Как и функции семафоров, функции мьютексов принимают указатель на предварительно объявленный объект, в данном случае типа
pthread_mutex_t
. Дополнительный параметр атрибутов в функции
pthread_mutex_init
позволяет задать атрибуты мьютекса, управляющие его поведением. По умолчанию тип атрибута — "fast". У него есть небольшой недостаток: если ваша программа попытается вызвать функцию
pthread_mutex_lock
для мьютекса, который уже заблокирован, программа блокируется. Поскольку поток, удерживающий блокировку, в данный момент заблокирован, мьютекс никогда не будет открыт, и программа попадает в тупиковую ситуацию. Есть возможность изменить атрибуты мьютекса так, чтобы он либо проверял наличие такой ситуации и возвращал ошибку, либо действовал рекурсивно и разрешал множественные блокировки тем же самым потоком, если будет такое же количество разблокировок в дальнейшем.
Установка атрибутов мьютекса в этой книге не рассматривается, поэтому мы будем передавать
NULL
в указателе на атрибуты, и использовать поведение по умолчанию. Дополнительную информацию об изменении атрибутов можно найти в интерактивном справочном руководстве к функции
pthread_mutex_init
.
Выполните упражнение 12.4.
Упражнение 12.4. Мьютекс потока
Далее приводится еще одна модификация исходной программы thread1.с, но значительно измененная. На этот раз вы уделите особое внимание доступу к вашим важным переменным и примените мьютекс для того, чтобы быть уверенными в том, что они доступны в любой момент времени только одному потоку. Для легкости чтения текста примера мы пропустили некоторые проверки ошибок при возвратах из мьютекса, заблокированного и открытого. В рабочем программном коде вы обязательно должны проверять эти возвращаемые значения. Далее приведен текст новой программы thread4.c.
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
void *thread_function(void *arg);
pthread_mutex_t work_mutex; /* защищает work_area и time_to_exit */
#define WORK_SIZE 1024
char work_area[WORK_SIZE];
int time_to_exit = 0;
int main {
int res;
pthread_t a_thread;
void *thread_result;
res = pthread_mutex_init(&work_mutex, NULL);
if (res != 0) {
perror("Mutex initialization failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
res pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, NULL);
if (res != 0) {
perror("Thread creation failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
pthread_mutex_lock(&work_mutex);
printf("Input same text. Enter 'end' to finish\n");