Параллельное и распределенное программирование на С++
Шрифт:
Очистка перед завершением
Поток, «позволивший» себя аннулировать, прежде чем завершиться, обычно должен выполнить некоторые заключительные действия. Так, нужно закрыть файлы, привести разделяемые данные в надлежащее состояние, снять блокировки или освободить занимаемые ресурсы. Библиотека Pthread определяет механизм поведения каждого потока «в последние минуты своей жизни». С каждым потоком связывается стек очистительно-восстановительных операций (cleanup stack), который содержит указатели на процедуры (или функции), предназначенные для выполнения во время аннулирования потока. Для того чтобы поместить в этот стек указатель на процедуру, предусмотрена функция pthread_cleanup_push .
Синопсис
#include <pthread.h>
void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *),void *arg);
void pthread cleanup pop(int execute);
Параметр routine
Функция pthread_cleanup_pop удаляет указатель routine– функции из вершины стека завершающих процедур вызывающего потока. Параметр execute может принимать значение 1 или 0. Если его значение равно 1, поток выполняет routine- функцию, даже если он при этом и не завершается. Поток продолжает свое выполнение с инструкции, расположенной за вызовом функции pthread_cleanup_pop. Если значение параметра execute равно 0, указатель извлекается из вершины стека потока без выполнения routine– функции.
Необходимо позаботиться о том, чтобы для каждой функции занесения в стек (push) существовала функция извлечения из стека (pop) в пределах одной и той же лексической области видимости. Например, для функции funcA обязательно выполнение cleanup– обработчика при ее нормальном завершении или аннулировании:
void *funcA(void *X)
{
int *Tid;
Tid = new int;
// do some work
//...
pthread_cleanup_push(cleanup_funcA,Tid);
// do some more work
//...
pthread_cleanup_pop(0);
}
Здесь функция funcA( ) помещает указатель на обработчик cleanup_funcA( ) в стек завершающих процедур путем вызова функции pthread_cleanup_push . Каждому обращению к этой функции должно соответствовать обращение к функции pthread_cleanup_pop. Если функции извлечения указателя из стека (pop- функции) передается значение 0, то извлечение из стека состоится, но без выполнения обработчика. Обработчик будет выполнен лишь при аннулировании потока, выполняющего функцию funcA.
Для функции funcB также требуется cleanup– обработчик:
void *funcB(void *X)
{
int *Tid;
Tid = new int;
// do some work
//...
pthread_cleanup_push(cleanup_funcB,Tid);
// do some more work
//...
pthread_cleanup_pop(1);
}
Здесь функция funcB помещает указатель на обработчик cleanup_funcB в стек завершающих процедур. Отличие этого примера от предыдущего состоит в том, что функции pthread_cleanup_pop передается параметр со значением 1, т.е. после извлечения из стека указателя на обработчик этот обработчик будет тут же выполнен. Необходимо отметить, что выполнение обработчика в данном случае состоится «при любой погоде», т.е. и при аннулировании потока, который обеспечивает выполнение функции funcB( ), и при обычном его завершении. Обработчики- «уборщики», cleanup_funcA и cleanup_funcB , — это обычные функции, которые можно использовать для закрытия файлов, освобождения ресурсов, разблокирования мьютексов и пр.
Управление стеком потока
Адресное пространство процесса делится на раздел кода, раздел статических
данных, свободную память и раздел стеков. Стекам потоков выделяется область из стекового раздела процесса. Стек потока предназначен для хранения стекового фрейма, связанного с каждой процедурой (функцией), которая была вызвана, но еще не завершена. Стековый фрейм содержит временные переменные, локальные переменные, адреса точек возврата и любую другую дополнительную информацию, которая необходима потоку, чтобы найти «обратную дорогу» к ранее вызванным процедурам. При выходе из процедуры (функции) ее стековый фрейм извлекается из стека. Расположение фреймов в стеке схематично показано на рис. 4.12.Предположим, что поток А (см. рис. 4.12) выполняет функцию task1 , которая создает некоторые локальные переменные, выполняет заданную обработку, а затем вызывает функцию taskX . При этом для функции task1 создается стековый фрейм, который помещается в стек потока. Функция taskX выполняет «свои» действия, создает локальные переменные, а затем вызывает функцию taskC . Нетрудно догадаться, что стековый фрейм, созданный для функции taskX , также помещается в стек. Функция taskC вызывает функцию taskY и т.д. Каждый стек должен иметь достаточно большой размер, чтобы поместить всю информацию, необходимую для выполнения всех функций потока, а также цепочки других подпрограмм, которые будут вызваны потоковыми функциями. Размером и местоположением стека потока управляет операционная система, но для установки и считывания этой информации предусмотрены методы, которые определены в объекте атрибутов потока.
Рис. 4.12. Стековые фреймы, сгенерированные потоками
Функция pthread_attr_getstacksize( ) возвращает минимальный размер стека, устанавливаемый по умолчанию. Параметр attr определяет объект атрибутов потока, из которого считывается стандартный размер стека. При успешном выполнении функция возвращает значение 0, а стандартный размер стека, выраженный в байтах, coxpaняется в параметре stacksize. В случае неудачи функция возвращает код ошибки.
Функция pthread_attr_setstacksize устанавливает минимальный размер стека. Параметр attr определяет объект атрибутов потока, для которого устанавливается размер стека. Параметр stacksize содержит минимальный размер стека, выраженный в байтах. При успешном выполнении функция возвращает значение 0 , в противном случае - код ошибки. Функция завершается неудачно, если значение параметра stacksize оказывается меньше значения PTHREAD_MIN_STACK или превышает системный минимум. Вероятно, значение PTHREAD_STACK_MIN будет меньше минимального размера стека, возвращаемого функцией p thread_attr_getstacksize. Прежде чем увеличивать минимальный размер стека потока, следует поинтересоваться значением, возвращаемым функцией p thread_attr_getstacksize р азмер ст ека фиксируется, чтобы его расширение во время выполнения программы ограничивалось рамками фиксированного пространства стека, установленного во время компиляции.
Синопсис
#include <pthread.h>
void pthread_attr_getstacksize(
const pthread_attr_t *restrict attr, void **restrict stacksize);
void pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, void *stacksize);
Местоположение стека потока можно установить и прочитать с помощью функций pthread_attr_setstackaddr и pthread_attr_getstackaddr. Функция pthread_attr_setstackaddr для потока, создаваемого с помощью атрибутного объекта, заданного параметром attr, устанавливает базовый адрес стека равным адресу, заданному параметром stackaddr. Этот адрес stackaddr должен находиться в пределах виртуального адресного пространства процесса. Размер стека должен быть не меньше минимального размера стека, задаваемого значением PTHREAD_STACK_MIN. При успешном выполнении функция возвращает значение 0 , в противном случае — код ошибки.