QNX/UNIX: Анатомия параллелизма
вернуться

Цилюрик Олег Иванович
Шрифт:

Последовательность действий потока выглядит следующим образом:

1. Поток запрашивает

pthread_key_create
— создание ключа для доступа к блоку данных
DataBlock
. Если потоку необходимо иметь несколько (m) блоков собственных данных различной типизации (и различного функционального назначения):
DataBlock_1
,
DataBlock_2
…
DataBlock_m
, то он запрашивает значения ключей соответствующее число раз для каждого типа (
m
).

2. Неприятность здесь состоит в том, что запросить значение ключа для

DataBlock
должен только первый пришедший к этому месту поток (когда ключ еще не распределен). Последующие потоки, достигшие этого места, должны только воспользоваться ранее распределенным значением ключа для типа
DataBlock
. Для разрешения этой сложности в систему функций собственных данных введена функция
pthread_once
.

3. После этого каждый поток (как создавший ключ, так и использующий его) должен запросить по

pthread_getspecific
адрес блока данных и, убедившись, что это
NULL
, динамически распределить область памяти для своего экземпляра данных, а также зафиксировать по
pthread_setspecific
этот адрес в массиве экземпляров для дальнейшего использования.

4. Дальше поток может работать с собственным экземпляром данных (отдельный экземпляр на каждый поток), используя для доступа к нему

pthread_getspecific
.

5. При завершении любого потока система уничтожит и его экземпляр данных, вызвав для него деструктор, который был установлен вызовом

pthread_key_create
, единым для всех экземпляров данных, ассоциированных с этим значением ключа.

Теперь запишем это в коде, заодно трансформировав в новую функцию

ThreadProc
код ранее созданной версии этой же функции
SingleProc
для исполнения в одном потоке, не являющийся реентерабельным и безопасным в многопоточной среде. (О вопросах реентерабельности мы обязательно поговорим позже.)

void* SingleProc(void *data) {

static DataBlock db( ... );

// ... операции с полями DataBlock

return NULL;

}

Примечание

To, что типы параметров и возвращаемое значение

SingleProc
«подогнаны» под синтаксис ее более позднего эквивалента
ThreadProc
, не является принципиальным ограничением - входную и выходную трансформации форматов данных реально осуществляют именно в многопоточном эквиваленте. Нам здесь важно принципиально рассмотреть общую формальную технику трансформации нереентерабельного кода в реентерабельный.

Далее следует код

SingleProc
, преобразованный в многопоточный вид:

static pthread_key_t key;

static pthread_once_t once = PTHREAD_ONCE_INIT;

static void destructor(void* db) {

delete (DataBlock*)db;

}

static void once_creator(void) {

// создается единый на процесс ключ для данных DataBlock:

pthread_key_create(&key, destructor);

}

void* ThreadProc(void *data) {

// гарантия того, что ключ инициализируется только 1 раз на процесс!

pthread_once(&once, once_creator);

if (pthread_getspecific(key) == NULL)

pthread_setspecific(key, new DataBlock(...));

// Теперь каждый раз в теле этой функции или функций, вызываемых

// из нее, мы всегда можем получить доступ к экземпляру данных

DataBlock* pdb = pthread_getspecific(key);

// ... все те же операции с полями pdb->(DataBlock)

return NULL;

}

Примечание

Обратите внимание, что вся описанная техника преобразования потоковых функций в реентерабельные (как и все программные интерфейсы POSIX) отчетливо ориентирована на семантику классического С, в то время как все свое изложение мы ориентируем и иллюстрируем на С++. При создании экземпляра собственных данных полностью разрушается контроль типизации: разные экземпляры потоков вполне могли бы присвоить своим указателям данные (типа v

oid*
), ассоциированные с одним значением
key
. Это совершенно различные типы данных, скажем
DataBlock_1*
и
DataBlock_2*
. Но проявилось бы это несоответствие только при завершении функции потока и уничтожении экземпляров данных, когда к объектам совершенно разного типа был бы применен один деструктор, определенный при выделении ключа. Ошибки такого рода крайне сложны в локализации.

Особая область, в которой собственные данные потока могут найти применение и где локальные (стековые) переменные потока не могут быть использованы, — это асинхронное выполнение фрагмента кода в контексте потока, например при получении потоком сигнала.

Еще одно совсем не очевидное применение собственных данных потока (мы не встречали в литературе упоминаний о нем), которое особо органично вписывается в использование именно С++, — это еще один способ возврата в родительский поток результатов работы дочерних. При этом неважно, как были определены дочерние потоки - как присоединенные или как отсоединенные (мы обсуждали это ранее); такое использование в заметной мере нивелирует их разницу. Эта техника состоит в том, что: