UNIX: взаимодействие процессов — страница 25 из 35

В программах предыдущего раздела счетчик использовался несколькими потоками одного процесса. При этом он представлял собой глобальную переменную. Теперь нам нужно изменить эти программы для измерения скорости синхронизации различных процессов.

Для разделения счетчика между родительским процессом и дочерними мы помещаем его в разделяемую память, выделяемую функцией my_shm, показанной в листинге А.31.

Листинг А.31. Выделение разделяемой памяти под родительский и дочерние процессы

//lib/my_shm.c
1  #include "unpipc.h"

2  void *
3  my_shm(size_t nbytes)
4  {
5   void *shared;
6  #if defined(MAP_ANON)
7   shared = mmap(NULL, nbytes, PROT_READ | PROT_WRITE,
8   MAP_ANON | MAP_SHARED, –1, 0);
9  #elif defined(HAVE_DEV_ZERO)
10  int fd;
11  /* отображение в память файла /dev/zero */
12  if ((fd = open("/dev/zero", O_RDWR)) == –1)
13   return(MAP_FAILED);
14  shared = mmap(NULL, nbytes, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
15  close(fd);
16 #else
17 # error cannot determine what type of anonymous shared memory to use
18 #endif
19  return(shared); /* ошибка отображения в память */
20 }

Если система поддерживает флаг MAP_ANON (раздел 12.4), мы используем этот тип разделяемой памяти. В противном случае используется отображение в память файла /dev/zero (раздел 12.5).

Последующие изменения зависят от средства синхронизации и от того, что происходит с лежащим в основе этого средства типом данных при вызове fork. Детали описаны в разделе 10.12.

■ Взаимное исключение Posix: должно храниться в разделяемой памяти (вместе со счетчиком) и инициализироваться с установленным атрибутом PTHREAD_ PROCESS_SHARED. Код программы будет приведен ниже.

■ Блокировка чтения-записи Posix: должна храниться в разделяемой памяти (вместе со счетчиком) и инициализироваться с установленным атрибутом PTHREAD_PROCESS_SHARED.

■ Семафоры Posix, размещаемые в памяти: семафор должен храниться в разделяемой памяти (вместе со счетчиком), и вторым аргументом при вызове sem_init должна быть единица (указывающая на то, что семафор используется несколькими процессами).

■ Именованные семафоры Posix: следует либо вызывать sem_open из родительского и дочерних процессов по отдельности, либо вызывать sem_open в родительском процессе, учитывая, что семафор станет общим после вызова fork.

■ Семафоры System V: никакого специального кодирования не требуется, поскольку эти семафоры всегда могут использоваться как процессами, так и потоками. Дочерним процессам достаточно знать идентификатор семафора.

■ Блокировка записей fcntl: изначально предназначена для использования несколькими процессами.

Мы приведем код только для программы с взаимными исключениями Posix.

Взаимные исключения Posix между процессами

Функция main первой программы использует взаимное исключение Posix для обеспечения синхронизации. Текст ее приведен в листинге А.32.

Листинг А.32. Функция main для измерения быстродействия взаимных исключений между процессами

//bench/incr_pmutex5.с
1  #include "unpipc.h"
2  #define MAXNPROC 100

3  int nloop;
4  struct shared {
5   pthread_mutex_t mutex;
6   long counter;
7  } *shared; /* указатель, сама структура в общей памяти */
8  void *incr(void *);

9  int
10 main(int argc, char **argv)
11 {
12  int i, nprocs;
13  pid_t childpid[MAXNPROC];
14  pthread_mutexattr_t mattr;
15  if (argc != 3)
16   err_quit("usage: incr_pxmutex5 <#loops><#processes>");
17  nloop = atoi(argv[l]);
18  nprocs = min(atoi(argv[2]), MAXNPROC);
19  /* получение разделяемой памяти для родительского и дочерних процессов */
20  shared = My_shm(sizeof(struct shared));
21  /* инициализация взаимного исключения и его блокировка */
22  Pthread_mutexattr_init(&mattr);
23  Pthread_mutexattr_setpshared(&mattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
24  Pthread_mutex_init(&shared->mutex, &mattr);
25  Pthread_mutexattr_destroy(&mattr);
26  Pthread_mutex_lock(&shared->mutex);
27  /* порождение дочерних процессов */
28  for (i = 0; i < nprocs; i++) {
29   if ((childpid[i] = Fork()) == 0) {
30    incr(NULL);
31    exit(0);
32   }
33  }
34  /* родительский процесс: запуск таймера и разблокирование взаимного исключения */
35  Start_time();
36  Pthread_mutex_unlock(&shared->mutex);
37  /* ожидание завершения всех дочерних процессов */
38  for (i = 0; i < nprocs; i++) {
39   Waitpid(childpid[i], NULL, 0);
40  }
41  printf("microseconds: %.0f usec\n", Stop_time());
42  if (shared->counter != nloop * nprocs)
43   printf("error: counter = %ld\n", shared->counter);
44  exit(0);
45 }

19-20 Поскольку мы запускаем несколько процессов, структура shared должна располагаться в разделяемой памяти. Мы вызываем функцию my_shm, текст которой приведен в листинге А.31.

21-26 Поскольку взаимное исключение помещено в разделяемую память, мы не можем статически инициализировать его, поэтому мы вызываем pthread_mutex_init после установки атрибута PTHREAD_PROCESS_SHARED. Взаимное исключение блокируется.

27-36 После создания дочерних процессов и запуска таймера блокировка снимается.

37-43 Родительский процесс ожидает завершения всех дочерних, после чего останавливает таймер.

Листинг А.33. Увеличение счетчика с использованием взаимных исключений между процессами

//bench/incr_pxmutex5.с
46 void *
47 incr(void *arg)
48 {
49  int i;
50  for (i = 0; i < nloop; i++) {
51   Pthread_mutex_lock(&shared->mutex);
52   shared->counter++;
53   Pthread_mutex_unlock(&shared->mutex);
54  }
55  return(NULL);
56 }

ПРИЛОЖЕНИЕ Б