Потоки управления

Опрос и изменение атрибутов потоков управления

Следуя классическому принципу "познай самого себя", описание функций, обслуживающих потоки управления, мы начнем с функции pthread_self(), возвращающей в качестве результата идентификатор вызвавшего ее потока (см. листинг 1.1).

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self (void);

Выше мы отмечали, что тип pthread_t трактуется стандартом POSIX-2001 как абстрактный. На уровне языка C он может быть представлен, например, структурой. Для работы со значениями типа pthread_t предусмотрены два метода: присваивание и сравнение на равенство, реализуемое функцией pthread_equal() (см. листинг 1.2).

#include <pthread.h>
int pthread_equal (pthread_t t1,
                   pthread_t t2);

Если значения аргументов t1 и t2 равны, результат функции pthread_equal() отличен от нуля.

Атрибуты потоков управления, используемые при создании последних, сгруппированы в упоминавшиеся выше атрибутные объекты. Для инициализации и разрушения атрибутных объектов служат функции pthread_attr_init() и pthread_attr_destroy() (см. листинг 1.3).

#include <pthread.h>

int pthread_attr_init (
    pthread_attr_t *attr);

int pthread_attr_destroy (
    pthread_attr_t *attr);

Функция pthread_attr_init() инициализирует атрибутный объект, заданный указателем attr, подразумеваемыми значениями для всех индивидуальных атрибутов потоков управления, предусмотренных реализацией.

Функция pthread_attr_destroy() разрушает заданный атрибутный объект. Впрочем, "разрушает", возможно, слишком сильный термин. Быть может, реализация просто присваивает значениям атрибутов недопустимые значения. Во всяком случае, разрушенный атрибутный объект в дальнейшем может быть вновь инициализирован.

Структура атрибутных объектов скрыта от приложений, но сам набор стандартизованных атрибутов выглядит вполне естественно. Их описание мы начнем с атрибутов стека – начального адреса и размера – и методов для их опроса и установки (см. листинг 1.4).

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getstack (
    const pthread_attr_t *restrict attr,
    void **restrict stackaddr,
    size_t *restrict stacksize);

int pthread_attr_setstack (
    pthread_attr_t *attr, void *stackaddr,
    size_t stacksize);

Размер стека должен составлять не менее PTHREAD_STACK_MIN, начальный адрес – должным образом выровнен. Память, отведенная под стек, должна быть доступна на чтение и запись.

Функция pthread_attr_getstack() помещает атрибуты стека по указателям stackaddr и stacksize. Это – проявление единообразной для семейства функций pthread*(), обслуживающих потоки управления, дисциплины возврата результатов. Содержательные данные помещаются в выходные аргументы. При нормальном завершении результат функции равен нулю; в противном случае выдается код ошибки.

Подобная дисциплинированность является похвальной, но вынужденной. Ее причина – в разделении данных между потоками. Нельзя просто вернуть указатель на статический буфер – другой поток может в это время так или иначе работать с ним. Поэтому поток должен зарезервировать индивидуальные области памяти для размещения выходных значений (обратившись, например, к malloc() ) и передать функции указатели на них.

Для опроса и изменения размера защитной области, служащей цели обнаружения переполнения стека, предназначены функции pthread_attr_getguardsize() и pthread_attr_setguardsize() (см. листинг 1.5).

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getguardsize (
    const pthread_attr_t *restrict attr,
    size_t *restrict guardsize);

int pthread_attr_setguardsize (
    pthread_attr_t *attr, 
    size_t guardsize);

Если значение аргумента guardsize функции pthread_attr_setguardsize() равно нулю, при создании потоков управления с атрибутным объектом *attr защитная область отводиться не будет. Положительные величины guardsize также становятся новыми значениями одноименного атрибута, однако являются лишь указанием операционной системе; реальный размер защитной области может быть больше заданного.

Приложение, соответствующее стандарту POSIX, должно использовать значения guardsize, кратные конфигурационной константе PAGESIZE, которая одновременно является подразумеваемым значением данного атрибута.

Если приложение посредством функции pthread_attr_setstack() взяло на себя управление стеками потоков, атрибут guardsize игнорируется, операционная система не отводит защитную область, а контроль за переполнением стека возлагается на приложение.

Отметим, что, в зависимости от ситуации, приложениям есть смысл как отказываться от защитных областей (например, если потоков управления много, памяти на защитные области уходит также много, и авторы приложения уверены, что переполнения стека быть не может), так и делать их размер больше подразумеваемого (например, если используются большие массивы и указатель стека рискует оказаться за верхней границей защитной области ).

Стандартом POSIX-2001 предусмотрена группа атрибутов, обслуживающих планирование потоков управления. Соответствующие описания размещены в заголовочном файле <sched.h>. Центральную роль среди них играет структура типа sched_param, которая должна содержать по крайней мере поле int sched_priority; /* Приоритет планирования при выполнении потока */

Реализация может поддерживать политику планирования SCHED_SPORADIC ( спорадическое планирование ), предусматривающую резервирование определенного количества вычислительной мощности для обработки с заданным приоритетом неких единичных, непериодических (спорадических) событий. В этом случае должны быть определены конфигурационные константы _POSIX_SPORADIC_SERVER и/или _POSIX_THREAD_SPORADIC_SERVER, а в структуре sched_param должны присутствовать следующие дополнительные поля.

int    sched_ss_low_priority;    
    /* Нижняя граница приоритета    */
    /* планирования сервера    */
    /* спорадических событий    */
struct timespec sched_ss_repl_period;    
    /* Период пополнения бюджета    */
    /* спорадического сервера    */
struct timespec sched_ss_init_budget; 
    /* Начальный бюджет    */
    /* спорадического сервера    */
int    sched_ss_max_repl;     
    /* Максимальное число     */
    /* ждущих операций    */
    /* пополнений бюджета    */
    /* спорадического сервера    */

Для опроса и установки атрибутов планирования в атрибутных объектах служат функции pthread_attr_getschedparam() и pthread_attr_setschedparam() (см. листинг 1.6).

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getschedparam (
    const pthread_attr_t *restrict attr,
    struct sched_param *restrict param);

int pthread_attr_setschedparam (
    pthread_attr_t *restrict attr,
    const struct sched_param *restrict param);

Атрибут "политика планирования", способный принимать значения SCHED_FIFO ( планирование по очереди ), SCHED_RR ( циклическое планирование ), SCHED_OTHER ( "прочее" планирование ) и, возможно, SCHED_SPORADIC ( спорадическое планирование ), можно опросить и установить посредством функций pthread_attr_getschedpolicy() и pthread_attr_setschedpolicy() (см. листинг 1.7).

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getschedpolicy (
    const pthread_attr_t *restrict attr,
    int *restrict policy);

int pthread_attr_setschedpolicy (
    pthread_attr_t *attr, int policy);