QNX/UNIX: Анатомия параллелизма - Цилюрик Олег Иванович

EAGAIN— в данный момент нет ресурсов для инициализации семафора;

EINVAL— начальное значение счетчика превышает SEM_VALUE_MAX;

EPERM— у процесса недостаточно привилегий для инициализации семафора;

ENOSPC— ресурсы, необходимые для инициализации, исчерпаны;

ENOSYS— функция sem_init()не поддерживается реализацией системы.

При вызове функции sem_destroy()может регистрироваться только одна ошибка:

EINVAL— неправильный описатель семафора.

sem_open()и sem_close()— открытие и закрытие именованного семафора (если отсутствует ранее созданный семафор с таким именем, то его создание). В вопросе подключения и отключения работа с именованным семафором аналогична работе с обычным файлом. Также для именованных семафоров существует операция sem_unlink(), аналогичная операции unlink()для обычного файла. В функцию sem_open()передается имя семафора, параметры открытия семафора и дополнительные параметры в случае создания семафора.

Операции блокировки

Для семафора определены три модификации операции блокировки:

int sem_wait(sem_t* sem);

int sem_trywait(sem_t* sem);

#include <time.h>

int sem_timedwait(sem_t* sem, const struct timespec * abs_timeout);

Все эти функции опираются на функцию (native QNX API):

int SyncSemWait(sync_t* sync, int try);

Функция простого ожидания sem_wait()пытается выполнить декремент счетчика семафора. Если исходное значение счетчика было больше или равно 1, то функция после выполнения операции декремента возвращает управление в вызвавший код. Если же значение внутреннего счетчика семафора равнялось 0, выполнение вызвавшего функцию потока блокируется до тех пор, пока какой-либо другой поток не увеличит значение счетчика семафора. После того как значение счетчика будет увеличено, блокированный поток получает управление (в порядке очереди), выполняет (завершает) декремент счетчика семафора и возвращает управление. Блокированное состояние потока может быть также прервано получением направленного ему сигнала (см. главу 3).

Функция ожидания с проверкой семафора, sem_trywait(), до выполнения операции над семафором проверяет значение счетчика. Если это значение больше нуля, функция выполняет декремент счетчика, а если значение равно нулю - возвращает управление потоку, не блокируясь на ожидании доступности семафора (но захват семафора в этом случае не происходит, о чем извещает код возврата).

Функция ожидания с тайм-аутом, sem_timedwait(), ожидает возможности уменьшить на 1 счетчик семафора (блокируется на ожидании) до момента времени abs_timeout. Это ожидание реализовано с помощью функции TimerTimeout()(native QNX API) с параметром SIGEV_UNBLOCK. Благодаря этой функции может быть прерван ряд состояний блокировки потоков (в том числе блокировки на семафоре, мьютексе и условной переменной).

Операции освобождения

int sem_post(sem_t* sem);

Эта операция увеличивает на единицу (инкремент) внутренний счетчик семафора, и в этом она диаметрально противоположна операции блокировки. Если перед этим значение счетчика семафора было равно 0, то один из потоков, ожидающих разблокирования семафора, переходит в состояние готовности. Из списка ожидающих потоков система выбирает самый приоритетный, а если таких несколько, то поток, дольше всех ждавший из очереди наиболее приоритетных потоков.

Эта функция имеет свой оригинал в native API QNX:

int SyncSemPost(sync_t* sync);

Фактически разница между POSIX и QNX API в вариантах этой функции состоит в регистрируемых ею ошибках.

Функция sem_post()сообщает о следующих ошибках:

EINVAL— неверный дескриптор семафора sem;

ENOSYS— функция sem_post()не поддерживается системой.

В отличие от sem_post(), функция SyncSemPost()может указывать на ошибки:

EAGAIN— недостаточно памяти для создания внутреннего объекта синхронизации;

EFAULT— неверный указатель на семафор sync;

EINTR— выполнение функции прервано сигналом;

EINVAL— аргумент syncне указывает на инициированный семафор.

Как видим, функция QNX API несколько разнообразнее в плане контроля передаваемых аргументов и результата выполнения функции.

Получение статуса семафора

int sem_getvalue(sem_t* sem, int* value);

Эта функция используется преимущественно для отладки операций над семафорами. По адресу, указанному в value, устанавливается текущее значение счетчика семафора. Поскольку значение счетчика семафора может измениться в любой момент, то значение, которое возвращает эта функция, имеет смысл только непосредственно в точке ее вызова.

Возможные ошибки:

EINVAL— неправильный объект семафор sem.

Использование семафора

Как уже говорилось выше, семафор является крайне гибким и эффективным средством синхронизации, особенно удобным для построения собственных средств планирования выполнения потоков. В этом смысле семафор представляет ценность не только как самостоятельное средство синхронизации выполнения потоков, но и как материал для построения специфических средств планирования и синхронизации для конкретных задач. Мы уже говорили, что семафор образует самодостаточный базис, позволяющий строить гораздо более сложные средства синхронизации без привлечения других средств синхронизации. В принципе это так, но нет ничего плохого и в смешанном использовании как семафоров, так и мьютексов для построения собственных средств синхронизации.

Проиллюстрируем все вышесказанное на двух примерах. Сначала мы построим «очередь сообщений», предназначенную для трансляции сообщений графической системы к «медленному» обработчику реакций. Это одно из решений весьма распространенной задачи о предотвращении «зависания» пользовательского интерфейса на период выполнения медленного обработчика. Для решения этой задачи обработчик события оконной системы (например, нажатия кнопки или выбора пункта меню) и функция, которая непосредственно производит требуемые действия (предусмотренные по наступлению указанного события - нажатия кнопки), должны располагаться в разных потоках.