Параллельное и распределенное программирование на С++ - Хьюз Камерон

Операция тестирования монопольного использования предназначена для проверки доступности мьютекса. Если он занят, функция возвра щ ает соответствующее значение. Достоинство этой операции состоит в том, что поток или процесс (в случае недоступности мьютекса) не блокируется и может продолжать выполнение. Если же мьютекс свободен, вызывающему потоку или процессу предоставляется право владения запрашиваемым мьютексом.

При выполнении операции разрушения освобождается память, связанная с мьютексом. Память не освобождается, если у мьютекса есть владелец или если поток (или процесс) ожидают права на владение им.

Использование мьютексного атрибутного объекта

Мьютексный объект типа pthread_mutex_t можно использовать вместе с атрибутным объектом подобно атрибутно м у объекту потока. Мьютексный атрибутный объект инкапсулирует все атрибуты объекта м ьютекса. После инициализации его м огут использовать несколько м ьютексных объектов, передавал в качестве пара м етра функции pthread_mutex_init (). Мьютексный атрибутный объект определяет ряд функций, используемых для установки таких атрибутов, как предельный приоритет, протокол и тип. Эти и другие функции м ьютексного атрибутного объекта перечислены в табл. 5.3.

Таблица 5.3. Функции доступа к мьютексному атрибу т ному объекту

Прототипы функций

Описание

int pthread_mutexattr_init (pthread_mutexattr_t * attr);

Инициализирует мьютексный атрибутный объект, заданный параметром attr, значениями, действующими по умолчанию для всех атрибутов, определяемых реализацией

int pthread_mutexattr_destroy (pthread_mutexattr_t * attr);

Разрушает мьютексный атрибутный объект, заданный параметром attr, в результате чего он становится неинициализированным. Его можно инициализировать повторно с помощью функции pthread_mutexattr_init()

int pthread_mutexattr_setprioceiling (pthread_mutexattr_t * attr, int prioceiling);

Устанавливает и возвращает атрибут предельного приоритета мьютекса, заданного параметром attr. Параметр prioceiling содержит значение предельного приоритета мьютекса. Атрибут prioceiling определяет минимальный уровень приоритета, при котором еще выполняется критический раздел, защищаемый мьютексом. Значения, которые попадают в этот диапазон приоритетов, определяются стратегией планирования

SCHED_FIFO

int pthread_mutexattr_getprioceiling (const pthread_mutexattr_t * restrict attr, int *restrict prioceiling);

int pthread_mutexattr_setprotocol (pthread_mutexattr_t * attr, protocol int protocol);

Устанавливает и возвращает атрибут протокола мьютекса, заданного параметром attr. Параметр protocol может содержать следующие значения:

PTHREAD_PRIO_NONE

(на приоритет и стратегию планирования потока владение мьютексом не оказывает вли

я

ни

я);

int pthread_mutexattr_getprotocol (const pthread_mutexattr_t * restrict attr, int *restrict protocol);

PTHREAD_PRIO_INHERIT

(при таком протоколе поток, блокирующий другие потоки с более высокими приоритетами, благодаря владению таким мьютексом будет выполняться с самым высоким приоритетом из приоритетов потоков, ожидающих освобождения любого из мьютексов, которыми владеет данный поток);

PTHREAD_PRIO_PROTECT

(при таком протоколе потоки, владеющие таким мьютексом, будут выполняться при наивысших предельных значениях приоритетов всех мьютексов, которыми владеют эти потоки, независимо оттого, заблокированы ли другие потоки по каким-то из этих мьютексов)

int pthread_mutexattr_setpshared (pthread_mutexattr_t * attr, int pshared);

Устанавливает и возвращает атрибут process-shared мьютексного атрибутного объекта, заданного параметром attr. Параметр pshared может содержать следующие значения:

int pthread_mutexattr_getpshared (const pthread_mutexattr_t * restrict attr, int *restrict pshared);

PTHREAD_PROCESS_SHARED

(разрешает разделять мьютекс с любыми потоками, которые имеют доступ к выделенной для этого мьютекса памяти, даже если эти потоки принадлежат различным процессам);

PTHREAD_PROCESS_PRIVATE

(мьютекс разделяется между потоками одного и того же процесса)

int pthread_mutexattr_settype (pthread_mutexattr_t* attr, int type);

Устанавливает и возвращает атрибут мьютекса

type

мьютексного атрибутного объекта, заданного параметром

attr

. Атрибут мьютекса

type

позволяет определить, будет ли мьютекс распознавать взаимоблокировку, проверять ошибки и т.д. Параметр

type

может содержать такие значения:

int

PTHREAD_MUTEX_DEFAULT PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK PTHREAD_MUTEX_NORMAL

pthread_mutexattr_gettype (const pthread_mutexattr_t * restrict attr, int *restrict type);

Самый большой интерес представляет установка атрибута, связанного с тем, каким должен быть мьютекс: закрытым или разделяемым. Закрытые мьютексы разделяются между потоками одного процесса. Можно либо объявить мьютекс глобальным, либо организовать передачу дескриптора между потоками. Разделяемые мьютексы используются потоками, имеющими доступ к памяти, в которой разме щ ен данный мьютекс. Такой мьютекс могут разделять потоки различных процессов. Принцип действия закрытого и разделяемого мьютексов показан на рис. 5.5. Если разделять мьютекс приходится потокам различных процессов, его необходимо разместить в памяти, которая является общей для этих процессов. В библиотеке POSIX определено несколько функций, предназначенных для распределения памяти между объектами с помощью отображаемых в памяти файлов и объектов разделяемой памяти. В процессах мьютексы можно использовать для защиты критических разделов, которые получают доступ к файлам, каналам, общей памяти и внешним устройствам.

Использование мьютексных семафоров для управления критическими разделами

Мьютексы используются для управления критическими разделами процессов и потоков, чтобы предотвратить возникновение условий «гонок». Мьютексы позволяют избежать условий «гонок», реализуя последовательный доступ к критическому разделу. Рассмотрим код листинга5.1. В нем демонстрируется выполнение двух потоков. Для защиты их критических разделов и используются мьютексы.

// Листинг 5.1. Использование мьютексов для защиты

// критических разделов потоков

// . . .

pthread_t ThreadA, ThreadB; pthread_mutex_t Mutex,-pthread_mutexattr_t MutexAttr;

void *task1(void *X) {

pthread_mutex_lock(&Mutex); // Критический раздел кода.

pthread_mutex_unlock(&Mutex);

return(0) ;

}

void *task2 (void *X) {

pthread_mutex_lock(&Mutex) ;

// Критический раздел кода.

pthread_mutex_unlосk (&Mu t ex) ; return(0) ;

}

int main(void) {

//...

pthread_mutexattr_init (&MutexAttr) ;

pthread_mutex_init (&Mutex, &MutexAttr) ;

//Устанавливаем атрибуты мьютекса.

pthread_create(&ThreadA, NULL, taskl, NULL) ; pthread_create(&ThreadB,NULL, task2,NULL) ;

//...

return(0) ;