QNX/UNIX: Анатомия параллелизма

По умолчанию атрибуты барьера запрещают доступ к элементу синхронизации из других процессов.

Обе функции могут возвращать следующие значения:

— успешное выполнение;

— одно или оба из переданных функции значений неверны.

Инициализация и разрушение барьера

Функция инициализирует объект синхронизации типа барьер, после чего его можно использовать. В атрибутах барьера устанавливается (или запрещается) возможность доступа к барьеру из других процессов. По умолчанию такой доступ запрещен. Для того чтобы изменить возможность доступа к созданному ранее барьеру, его необходимо разрушить, установить соответствующий атрибут и инициализировать барьер повторно. Параметр

показывает, какое количество потоков будет ожидать на барьере до их освобождения.

Возвращаемые значения:

— успешное выполнение;

— системе не хватает ресурсов для инициализации барьера;

— попытка инициализации уже инициализированного барьера;

— сбой произошел при обращении ядра к аргументам;

— указывает на неинициализированное значение атрибутов.

Функция разрушает барьер, после чего соответствующий элемент синхронизации

не может использоваться без повторной его инициализации.

Возвращаемые значения:

— успешное выполнение;

— в настоящее время есть потоки, блокированные на барьере;

— неинициализированный объект .

Ожидание на барьере

Функция ожидания (синхронизации) на барьере:

Вызов этой функции приводит к блокированию потока до тех пор, пока на барьере не накопится количество заблокированных потоков, определенное ранее при вызове функции

.

Необходимо с особой осторожностью относиться к использованию барьеров для остановки и синхронизации потоков разных приоритетов. Поскольку потоки, ожидающие у барьера, находятся в блокировке на условной переменной (внутренней), то система никак не отслеживает эффекты, связанные с возможной инверсией приоритетов.

Если поток, блокированный на барьере, получает сигнал, для которого определен обработчик, то обработчик сигнала выполняется, но по завершении его выполнения поток вновь блокируется до выполнения условия барьера.

Документация QNX утверждает, что нельзя заранее сказать, какой поток будет освобожден первым, когда заданное количество потоков достигнет барьера. Учитывая, что при реализации операций над потоками использовалась комбинация мьютекса с условной переменной (как видно из приведенного выше определения, типа

), освобождение блокированных потоков будет проходить по принципам, определенным для потоков, блокированных на условной переменной и получающих «широковещательное» (broadcast), или одновременное, освобождение. Документация QNX утверждает, что в таком случае первым будет «отпущен» тот поток, который ждал дольше других.

Функция ожидания на барьере возвращает значения:

— для первого из потоков, достигшего барьера и блокированного на нем;

— для всех последующих потоков;

— при ошибке выполнения, которая может возникнуть только по некорректности инициализации барьера.

Блокировки чтения/записи

Блокировка чтения/записи является специфическим механизмом, отличающимся от рассмотренных выше. Специфика состоит в следующем:

• Данный тип блокировки даже по POSIX является альтернативным. Часто этот тип блокировки может реализовываться как надстройка над уже существующими базовыми примитивами. У. Стивенс [2] показывает один из вариантов такой «оберточной» реализации и приводит ссылки на еще несколько вариантов, в том числе и на предложенный стандартом IEEE 1996.

• Функциональность, обеспечиваемая блокировкой чтения/записи, может быть предоставлена и простым использованием других базовых механизмов, однако реализация с блокировкой чтения/записи может быть намного эффективнее по производительности приложения (как мы увидим позже).

Целесообразность привлечения блокировки чтения/записи возникает тогда, когда все множество потоков может быть отчетливо разделено на две группы: потоки, только считывающие защищаемые блокировкой данные (читатели), и потоки, модифицирующие эти данные (писатели). Такая ситуация традиционно возникает в области работы с объемными, сложно структурированными данными.

При использовании блокировки чтения/записи, в отличие от других ранее рассмотренных механизмов, вводится различие между получением такой блокировки для считывания и записи. При этом действуют следующие правила:

• Любое количество потоков может заблокировать ресурс для считывания, если ни один поток не заблокировал его по записи.

• Наличие множественных блокировок по чтению не препятствует (не блокирует) ни одному из потоков-читателей выполнять свои операции с ресурсом.

• Блокировка по записи может быть установлена, только если ни один поток не блокирует ресурс ни по чтению, ни по записи.

• Блокировка по записи запрещает дальнейшую блокировку ресурса (блокирует запрашивающий процесс) и по чтению, и по записи.

Функции работы с блокировками чтения/записи объявлены, как и большинство примитивов синхронизации, в заголовочном файле

.

Операции с блокировками чтения/записи

Инициализация объекта блокировки

Вызов функций инициализирует/разрушает блокировку чтения/записи. При инициализации блокировки ей передается структура параметров блокировки

, в которой могут устанавливаться параметры доступа к объекту из других процессов.

Вместо прямого вызова функции

для начальной инициализации статических блокировок чтения/записи (глобальных на уровне файла кода или пространства имен либо явно описанных с квалификатором ) можно воспользоваться макросом .