UNIX: разработка сетевых приложений

17-26 Каждый поток из пула пытается блокировать взаимное исключение, блокирующее доступ к массиву clifd. Если после того, как взаимное исключение заблокировано, оказывается, что индексы iput и iget равны, то вызывается функция pthread_cond_wait, и поток переходит в состояние ожидания, так как ему пока нечего делать. После прибытия очередного клиентского запроса основной поток вызывает функцию pthread_cond_signal, выводя тем самым из состояния ожидания поток, заблокировавший взаимное исключение. Когда этот поток получает соединение, он вызывает функцию web_child.

Значения времени центрального процессора, приведенные в табл. 30.1, показывают, что эта версия сервера медленнее рассмотренной в предыдущем разделе (когда каждый поток из пула сам вызывал функцию accept). Причина заключается в том, что рассматриваемая в данном разделе версия использует как взаимное исключение, так и условную переменную, тогда как в предыдущем случае (см. листинг 30.23) применялось только взаимное исключение.

Если мы рассмотрим гистограмму количества клиентов, обслуживаемых каждым потоком из пула, то окажется, что распределение клиентских запросов по потокам будет таким же, как показано в последнем столбце табл. 30.2. Это означает, что если основной поток вызывает функцию pthread_cond_signal, то при выборе очередного потока, который будет выведен из состояния ожидания для обслуживания клиентского запроса, осуществляется последовательный перебор всех имеющихся свободных потоков.

30.13. Резюме

В этой главе мы рассмотрели 9 различных версий сервера и их работу с одним и тем же веб-клиентом, чтобы сравнить значения времени центрального процессора, затраченного на управление процессом.

0. Последовательный сервер (точка отсчета — управление процессом отсутствует).

1. Параллельный сервер, по одному вызову функции fork для каждого клиента.

2. Предварительное порождение дочерних процессов, каждый из которых вызывает функцию accept.

3. Предварительное порождение дочерних процессов с блокировкой файла для защиты функции accept.

4. Предварительное порождение дочерних процессов с блокировкой взаимного исключения дочерними процессами для защиты функции accept.

5. Предварительное порождение дочерних процессов с передачей дескриптора от родительского процесса дочернему.

6. Параллельный сервер, поочередное создание потоков по мере поступления клиентских запросов.

7. Предварительное порождение потоков с блокировкой взаимного исключения потоками для защиты функции accept.

8. Предварительное порождение потоков, основной поток вызывает функцию accept.

Резюмируя материал этой главы, можно сделать несколько комментариев.

Если сервер не слишком загружен, хорошо работает традиционная модель параллельного сервера, в которой при поступлении очередного клиентского запроса вызывается функция fork для создания нового дочернего процесса. Этот вариант допускает комбинирование с демоном inetd, принимающим все клиентские запросы. Остальные версии применимы в случае загруженных серверов, таких как веб-серверы.

Создание пула дочерних процессов или потоков сокращает временные затраты центрального процессора по сравнению с традиционной моделью (один вызов функции fork для каждого запроса) в 10 и более раз. При этом не слишком усложняется код, но становится необходимо (как говорилось при обсуждении примеров) отслеживать количество свободных дочерних процессов и корректировать его по мере необходимости, так как количество клиентских запросов, которые требуется обслужить, динамически изменяется.

Некоторые реализации допускают блокирование нескольких потоков или дочерних процессов в вызове функции accept, в то время как другие реализации требуют использования блокировки того или иного типа для защиты accept. Можно использовать для этого либо блокировку файла, либо блокировку взаимного исключения Pthreads.

Как правило, версия, в которой каждый поток или дочерний процесс вызывает функцию accept, проще и быстрее, чем версия, где вызов функции accept осуществляется только основным потоком (или родительским процессом), впоследствии передающим дескриптор присоединенного сокета другому потоку или дочернему процессу.

Блокировка всех дочерних процессов или программных потоков в вызове функции accept предпочтительнее, чем блокировка в вызове функции select, что объясняется возможностью появления коллизий при вызове функции select.

Использование потоков, как правило, дает больший выигрыш во времени, чем использование процессов. Но выбор между версиями 1 и 6 (один дочерний процесс на каждый запрос и один поток на каждый запрос) зависит от свойств операционной системы и от того, какие еще программы задействованы в обслуживании клиентских запросов. Например, если сервер, принимающий клиентское соединение, вызывает функции fork и exec, то может оказаться быстрее породить с помощью функции fork процесс с одним потоком, чем процесс с несколькими потоками.

Упражнения

1. Почему на рис. 30.2 родительский процесс оставляет присоединенный сокет открытым, вместо того чтобы закрыть его, когда созданы все дочерние процессы?

2. Попробуйте изменить сервер из раздела 30.9 таким образом, чтобы использовать дейтаграммный доменный сокет Unix вместо потокового сокета домена Unix. Что при этом изменяется?

3. Запустите клиент и те серверы из рассмотренных в этой главе, которые позволяет запустить конфигурация вашей системы, и сравните полученные результаты с приведенными в тексте.

Глава 31 Потоки (STREAMS)

31.1. Введение

В этой главе мы приводим обзор потоков STREAMS и функций, используемых приложением для доступа к потоку. Наша цель — понять, как реализованы сетевые протоколы в рамках потоковых систем. Также мы создаем простой клиент TCP с использованием TPI — интерфейса, который обеспечивает доступ к транспортному уровню и обычно применяется сокетами в системах, основанных на потоках. Дополнительную информацию о потоках, в том числе о написании программ для ядер, использующих потоки, можно найти в [98].

ПРИМЕЧАНИЕ

Технология потоков была введена Денисом Ритчи (Dennis Ritchie) [104] и получила широкое распространение с появлением системы SVR3 в 1986 году. Спецификация POSIX определяет STREAMS как «дополнительную группу», то есть система может не поддерживать потоки STREAMS, но если она их поддерживает, то реализация должна соответствовать POSIX. Любая система, производная от System V, должна поддерживать потоки, а различные системы 4x.BSD потоки не поддерживают.

Потоковая система часто обозначается как STREAMS, но поскольку это название не является акронимом, то в данной книге используется слово «потоки».

Не следует смешивать «потоковую систему ввода-вывода» (streams I/O system), которую мы описываем в данной главе, и «стандартные потоки ввода-вывода» (standard I/O streams), а также программные потоки (threads). Второй термин используется применительно к стандартной библиотеке ввода-вывода (например, таким функциям, как fopen, fgets, printf и т.п.).