UNIX: разработка сетевых приложений

 31 }

 32 return(NULL);
 33 }

Мы объявляем взаимное исключение с именем counter_mutex. Это исключение должно быть заблокировано потоком на то время, когда он манипулирует переменной counter. Когда мы запускали эту программу, результат всегда был правильным: значение переменной увеличивалось монотонно, а ее окончательное значение всегда оказывалось равным 10 000.

Насколько серьезной является дополнительная нагрузка, связанная с использованием взаимных исключений? Мы изменили программы, приведенные в листингах 26.11 и 26.12, заменив значение NLOOP на 50 000 (вместо исходного значения 5000), и засекли время, направив вывод на устройство /dev/null. Время работы центрального процессора в случае корректной версии, использующей взаимное исключение, увеличилось относительно времени работы некорректной версии без взаимного исключения на 10 %. Это означает, что использование взаимного исключения не связано со значительными издержками.

26.8. Условные переменные

Взаимное исключение позволяет предотвратить одновременный доступ к совместно используемой (разделяемой) переменной, но для того чтобы перевести поток в состояние ожидания (спящее состояние) до момента выполнения некоторого условия, необходим другой механизм. Продемонстрируем сказанное на следующем примере. Вернемся к нашему веб-клиенту из раздела 26.6 и заменим функцию Solaris thr_join на pthread_join. Но мы не можем вызвать функцию pthread_join до тех пор, пока не будем знать, что выполнение потока завершилось. Сначала мы объявляем глобальную переменную, которая служит счетчиком количества завершившихся потоков, и организуем управление доступом к ней с помощью взаимного исключения.

 int ndone; /* количество потоков, завершивших выполнение */
 pthread_mutex_t ndone_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

Затем мы требуем, чтобы каждый поток по завершении своего выполнения увеличивал этот счетчик на единицу, используя соответствующее взаимное исключение.

 void* do_get_read(void *vptr) {
  ...

  Pthread_mutex_lock(&ndone_mutex);
  ndone++;
  Pthread_mutex_unlock(&ndone_mutex);

  return(fptr); /* завершение выполнения потока */
 }

Но каким при этом получается основной цикл? Взаимное исключение должно быть постоянно блокировано основным циклом, который проверяет, какие потоки завершили свое выполнение.

 while (nlefttoread > 0) {
  while (nconn < maxnconn && nlefttoconn > 0) {
  /* находим файл для чтения */
  ...
  }
  /* Проверяем, не завершен ли поток */
  Pthread_mutex_lock(&ndone_mutex);
  if (ndone > 0) {
  for (i =0; i < nfiles; i++) {
  if (file[i].f_flags & F_DONE) {
  Pthread_join(file[i].f_tid, (void**)&fptr);
  /* обновляем file[i] для завершенного потока */
  ...
  }
  }
  }
  Pthread_mutex_unlock(&ndone_mutex);
 }

Это означает, что главный поток никогдане переходит в спящее состояние, а просто входит в цикл, проверяя каждый раз значение переменной ndone. Этот процесс называется опросом( polling) и рассматривается как пустая трата времени центрального процессора.

Нам нужен метод, с помощью которого главный цикл мог бы входить в состояние ожидания, пока один из потоков не оповестит его о том, что какая-либо задача выполнена. Эта возможность обеспечивается использованием условной переменной( conditional variable) вместе со взаимным исключением. Взаимное исключение используется для реализации блокирования, а условная переменная обеспечивает сигнальный механизм.

В терминах Pthreads условная переменная — это переменная типа pthread_cond_t. Такие переменные используются в следующих двух функциях:

 #include <pthread.h>

 int pthread_cond_wait(pthread_cond_t * cptr, pthread_mutex_t * mptr);
 int pthread_cond_signal(pthread_cond_t * cptr);
  Обе функции возвращают: 0 в случае успешного выполнения, положительное значение Exxx в случае ошибки

Слово signal в названии второй функции не имеет отношения к сигналам Unix SIGxxx.

Проще всего объяснить действие этих функций на примере. Вернемся к нашему примеру веб-клиента. Счетчик ndone теперь ассоциируется и с условной переменной, и с взаимным исключением:

 int ndone;
 pthread_mutex_t ndone_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
 pthread_cond_t ndone_cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

Поток оповещает главный цикл о своем завершении, увеличивая значение счетчика, пока взаимное исключение принадлежит данному потоку (блокировано им), и используя условную переменную для сигнализации.

 Pthread_mutex_lock(&ndone_mutex);
 ndone++;
 Pthread_cond_signal(&ndone_cond);
 Pthread_mutex_unlock(&ndone_mutex);

Затем основной цикл блокируется в вызове функции pthread_cond_wait, ожидая оповещения о завершении выполнения потока:

 while (nlefttoread > 0) {
  while (nconn < maxnconn && nlefttoconn > 0) {
  /* находим файл для чтения */
  ...
  }

  /* Ждем завершения выполнения какого-либо потока */
  Pthread_mutex_lock(&ndone_mutex);
  while (ndone == 0)
  Pthread_cond_wait(&ndone_cond, &ndone_mutex);

  for (i = 0; i < nfiles; i++) {
  if (file[i].f_flags & F_DONE) {
  Pthread_join(file[i].f_tid, (void**)&fptr);