Программирование для Linux. Профессиональный подход

В Linux имеется функция sem_getvalue, позволяющая узнать текущее значение счетчика семафора. Это значение помещается в переменную типа int, на которую ссылается второй аргумент функции. Не пытайтесь на основании данного значения определять, стоит ли выполнять операцию ожидания или установки, так как это может привести к возникновению гонки: другой поток способен изменить счетчик семафора между вызовами функции sem_getvalue и какой-нибудь другой функции работы с семафором. Доверяйте только атомарным функциям sem_wait и sem_post.

Но вернемся к нашему примеру. Можно сделать так, чтобы с помощью семафора потоковая функция проверяла, сколько заданий находится в очереди. Измененная версия программы приведена в листинге 4.12.

Листинг 4.12. (job-queue3.c) Работа с очередью заданий с применением семафора

#include <malloc.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

struct job {
 /* Ссылка на следующий элемент связанного списка. */
 struct job* next;

 /* Другие поля, описывающие требуемую операцию... */
};

/* Список отложенных заданий. */
struct job* job_queue;

/* Исключающий семафор, защищающий очередь. */
pthread_mutex_t job_queue_mutex =
 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

/* Семафор, подсчитывающий число гаданий в очереди. */
sem_t job_queue_count;

/* Начальная инициализация очереди. */
void initialize_job_queue {
 /* Вначале очередь пуста. */
 job_queue = NULL;
 /* Устанавливаем начальное значение счетчика семафора
 равным 0. */
 sem_init(&job_queue_count, 0, 0);
}

/* Обработка заданий до тех пор, пока очередь не опустеет. */
void* thread_function(void* arg) {
 while (1) {
 struct job* next_job;
 /* Дожидаемся готовности семафора. Если его значение больше
 нуля, значит, очередь не пуста; уменьшаем счетчик на 1.
 В противном случае операция блокируется до тех пор, пока
 в очереди не появится новое задание. */
 sem_wait(&job_queue_count);
 /* Захват исключающего семафора, защищающего очередь. */
 pthread_mutex_lock(&job_queue_mutex);
 /* Мы уже знаем, что очередь не пуста, поэтому без лишней
 проверки запрашиваем новое задание. */
 next_job = job_queue;
 /* Удаляем задание из списка. */
 job_queue = job_queue->next;
/* освобождаем исключающий семафор, так как работа с
 очередью окончена. */
 pthread_mutex_unlock(&job_queue_mutex);
 /* Выполняем задание. */
 process_job(next_job);
 /* Очистка. */
 free(next_job);
 }
 return NULL;
}

/* Добавление нового задания в начало очереди. */
void enqueue_job(/* Передача необходимых данных... */) {
 struct job* new_job;

 /* Выделение памяти для нового объекта задания. */
 new_job = (struct job*)malloc(sizeof(struct job));
 /* Заполнение остальных полей структуры JOB... */

 /* Захватываем исключающий семафор, прежде чем обратиться
 к очереди. */
 pthread_mutex_lock(&job_queue_mutex);
 /* Помещаем новое задание в начало очереди. */
 new_job->next = job_queue;
 job_queue = new_job;

 /* Устанавливаем семафор, сообщая о том, что в очереди появилось
 новое задание. Если есть потоки, заблокированные в ожидании
 семафора, один из них будет разблокирован и
 обработает задание. */
 sem_post(&job_queue_count);

 /* Освобождаем исключающий семафор. */
 pthread_mutex_unlock(&job_queue_mutex);
}

Прежде чем извлекать задание из очереди, каждый поток дожидается семафора. Если счетчик семафора равен нулю, т.е. очередь пуста, поток блокируется до тех пор, пока в очереди не появится новое задание и счетчик не станет положительным.

Функция enqueue_job добавляет новое задание в очередь. Подобно потоковой функции, она захватывает исключающий семафор, перед тем как обратиться к очереди. После добавления задания функция enqueue_job устанавливает семафор, сообщая потокам о том, что задание доступно. В программе, показанной в листинге 4.12, потоки никогда не завершаются: если задания не поступают в течение длительного времени, все потоки переводятся в режим блокирования функцией sem_wait.

4.4.6. Сигнальные (условные) переменные

Мы узнали, как с помощью исключающего семафора защитить переменную от одновременного доступа со стороны двух и более потоков и как посредством обычного семафора реализовать счетчик обращений, доступный нескольким потокам. Сигнальная переменная (называемая также условной переменной) — это третий элемент синхронизации в Linux. Благодаря ему можно задавать более сложные условия выполнения потоков.