Введение в QNX/Neutrino 2. Руководство по программированию приложений реального времени в QNX Realtime Platform

Для работы с пулами потоков в QNX/Neutrino предусмотрены следующие функции:

#include <sys/dispatch.h>

thread_pool_t *thread_pool_create(
 thread_pool_attr_t *attr, unsigned flags);

int thread_pool_destroy(thread_pool_t *pool);

int thread_pool_start(void *pool);

Как видно из имен функций, вы в первую очередь создаете пул потоков, используя функцию thread_pool_create, а затем запускаете этот пул при помощи функции thread_pool_start. Когда вы закончили свои дела с пулом потоков, вы можете использовать функцию thread_pool_destroy для его уничтожения. Заметьте, что функция thread_pool_destroy может вам вообще не понадобиться — например, когда ваша программа суть сервер, который работает «вечно».

Итак, первая функция, на которую следует обратить внимание — это функция thread_pool_create. У нее два параметра: attr и flags. Параметр attr — атрибутная запись, которая определяет рабочие параметры пула потоков (см. <sys/dispatch.h>):

typedef struct _thread_pool_attr {
 // Функции и дескриптор пула потоков
 THREAD_POOL_HANDLE_T *handle;
 THREAD_POOL_PARAM_T *(*block_func)
 (THREAD_POOL_PARAM_T *ctp);
 void (*unblock_func)(THREAD_POOL_PARAM_T *ctp);
 int (*handler_func) (THREAD_POOL_PARAM_T *ctp);
 THREAD_POOL_PARAM_T *(*context_alloc)
 (THREAD_POOL_HANDLE_T *handle);
 void *(*context_free)(THREAD_POOL_PARAM_T *ctp);
 // Параметры пула потоков
 pthread_attr_t *attr;
 unsigned short lo_water;
 unsigned short increment;
 unsigned short hi_water;
 unsigned short maximum;
} thread_pool_attr_t;

Я разбил определение типа thread_pool_attr_t на два раздела, один из которых содержит функции и дескриптор для потоков в пуле, а в другом — рабочие параметры пула.

Управление числом потоков

Сначала проанализируем «параметры пула потоков», чтобы понять, как можно управлять числом потоков в пуле и их атрибутами. Имейте в виду, что здесь мы будем говорить о «режиме блокирования» и «режиме обработки» (далее, когда мы будем рассматривать функции исходящих вызовов (callout functions), мы увидим, как эти эти режимы соотносятся).

Приведенный ниже рисунок иллюстрирует связи между параметрами lo_water, hi_water и maximum.

Жизненный цикл потока в пуле потоков.

(Заметьте, что как «CA» здесь обозначается функция context_alloc, как «CF» — функция context_free, как «режим блокирования» — функция block_func, а как «режим обработки» — функция handler_func.

attr	Это атрибутная запись, которая применяется при создании потока. Мы уже обсуждали эту структуру ранее (в разделе «Атрибутная запись потока»). Вспомните — это та самая структура, которая задает характеристики нового потока: приоритет, размер стека, и т.д.
lo_water	(От «Low watermark», буквально — «нижняя ватерлиния» — прим. ред.) Этот параметр задает минимальное количество потоков, которые должны находиться в режиме блокирования. В типовом сервере это было бы количество потоков, например, ждущих запроса. Если число ждущих потоков меньше, чем значение параметра lo_water, (например, потому что мы только что приняли сообщение, и один из ждущих потоков переключился на его обработку), тогда создается дополнительно еще increment потоков. Это представлено на рисунке в виде первого этапа, обозначенного как «создание потока».
increment	(Буквально — «приращение» — прим. ред.) Этот параметр определяет, сколько потоков должны быть созданы сразу, если число потоков, находящихся в режиме блокирования, становится меньше значения параметра lo_water. В выборе значения для этого параметра вы бы наиболее вероятно начали со значения 1 (единица). Это означало бы, что если бы число потоков в режиме блокирования стало бы меньше значения параметра lo_water, то пулом потоков был бы создан дополнительно ровно один поток. Для более тонкой настройки параметра increment можно понаблюдать за поведением процесса и определить, может ли этому параметру понадобиться принимать значения, отличные от единицы. Например, если ваш процесс периодически получает «всплески» запросов, то из того, что число потоков, находящихся в режиме блокирования, упало ниже значения lo_water, можно было бы сделать вывод как раз о таком «всплеске» и принять решение о создании более чем одного резервного потока.
hi_water	(От «high watermark», буквально — «верхняя ватерлиния» — прим. ред.) Этот параметр указывает верхний предел числа потоков, которые могут быть в режиме блокирования одновременно. По мере завершения своих операций по обработке данных, потоки обычно будут возвращаться в режим блокирования. Однако, у библиотеки поддержки пулов потоков есть внутренний счетчик числа потоков, находящихся в режиме блокирования, и если его значение превышает значение параметра hi_water, библиотека автоматически уничтожит поток, который вызвал переполнение (то есть тот поток, который только что завершил обработку и намеревался возвратиться в режим блокирования). Это показано на рисунке раздвоением стрелки, исходящей из блока «режим обработки» — одна стрелка ведет к «режиму блокирования», а вторая — к блоку операции «CF» и далее на уничтожение потока. Таким образом, сочетание параметров lo_water и hi_water позволяет вам четко определять диапазон числа потоков, одновременно находящихся в режиме блокирования.
maximum	Параметр указывает на максимальное число потоков, которые вообще могут работать одновременно в результате действий библиотеки поддержки пулов потоков. Например, при создании новых потоков в случае их нехватки (когда число блокированных потоков падает ниже границы lo_water) общее количество потоков было бы ограничено параметром maximum.

Другой ключевой параметр, предназначенный для управления потоками, — это параметр flags, передаваемый функции thread_pool_create. Он может принимать одно из следующих значений:

POOL_FLAG_EXIT_SELF

Не делать возврат из функции thread_pool_start и не включать вызывающий поток в пул.

POOL_FLAG_USE_SELF

Не делать возврат из функции thread_pool_start, но включить вызывающий поток в пул.

0

Функция thread_pool_start возвратится, новые потоки будут создаваться по мере необходимости.

Приведенное описание может показаться суховатым. Давайте рассмотрим пример.

В управляющей структуре пула потоков сконцентрируем наше внимание только на значениях параметров lo_water, increment и maximum:

/*
 * tp1.с
 *
 * Пример с пулами потоков (1)
 *
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/neutrino.h>
#include <sys/dispatch.h>

char *progname = "tp1";

void tag (char *name) {
 time_t t;
 char buffer[BUFSIZ];
 time(&t);
 strftime(buffer, BUFSIZ, "%T ", localtime(&t));
 printf("%s %3d %-20.20s: ", buffer, pthread_self, name);
}

THREAD_POOL_PARAM_T* blockfunc(
 THREAD_POOL_PARAM_T *ctp) {
 tag("blockfunc");
 printf("ctp %p\n", ctp);
 tag("blockfunc");
 printf("sleep (%d);\n", 15 * pthread_self);
 sleep(pthread_self * 15);
 tag("blockfunc");
 printf("Выполнили sleep\n");
 tag("blockfunc");
 printf("Возвращаем 0x%08X\n",
 0x10000000 + pthread_self);
 return((void*)(0x10000000 + pthread_self));
 // Передано handlerfunc
}

THREAD_POOL_PARAM_T* contextalloc(
 THREAD_POOL_HANDLE_T *handle) {
 tag("contextalloc");