Работа с ключами потока

Однопоточные программы на C содержат два основных класса данных: локальные и глобальные. Для многопоточных программ на C добавляется третий класс: данные потока. Они похожи на глобальные данные, за исключением того, что они являются собственными для потока.

Данные потока являются единственным способом определения и обращения к данным, которые принадлежат отдельному потоку. Каждый элемент данных потока связан с ключом, который является глобальным для всех потоков процесса. Используя ключ, поток может получить доступ к указателю (void *), который поддерживается только для этого потока.

Функция pthread_keycreate() применяется для выделения ключа, который используется при идентифицикации данных некоторого потока в составе процесса. Ключ для всех потоков общий, и все потоки вначале содержат значение ключа NULL. Отдельно для каждого ключа перед его использованием вызывается
pthread_keycreate(). При этом не происходит никакой синхронизации. Как только ключ будет создан, каждый поток может связать с ним свое значение. Значения являются специфичными для потока и поддерживаются для каждого из них независимо. Связь ключа с потоком удаляется, когда поток заканчивается, при этом ключ должен быть создан с функцией деструктора. Прототип функции:

int pthread_key_create(pthread_key_t *key,

      void(*destructor)(void *));

#include <pthread.h>

pthread_key_t key;

int ret;

/* создание ключа без деструктора */

ret = pthread_key_create(&key, NULL);

/* создание ключа с деструктором */

ret = pthread_key_create(&key, destructor);

Функция pthread_keydelete() используется, чтобы уничтожить существующий ключ данных для определенного потока. Любая выделенная память, связанная с ключом, может быть освобождена, потому что ключ был удален; попытка ссылки на эту память вызовет ошибку.

Прототип pthread_keydelete():

int pthread_key_delete(pthread_key_t key);

#include <pthread.h>

pthread_key_t key;

int ret;

/* key был создан ранее */

ret = pthread_key_delete(key);

Программист должен сам освобождать любые выделенные потоку ресурсы перед вызовом функции удаления. Эта функция не вызывает деструктора; pthread_keydelete() возвращает 0 - после успешного завершения - или любое другое значение - в случае ошибки.

Функция pthread_setspecific() используется, чтобы установить связку между потоком и указанным ключом данных для потока. Прототип функции:

int pthread_setspecific(pthread_key_t key,

     const void *value);

#include <pthread.h>

pthread_key_t key;

void *value;

int ret;

/* key был создан ранее */

ret = pthread_setspecific(key, value);

Чтобы получить привязку ключа для вызывающего потока, используется функция pthread_getspecific(). Полученное значение сохраняется в переменной value. Прототип функции:

int pthread_getspecific(pthread_key_t key);

#include <pthread.h>

pthread_key_t key;

void *value;

/* key был создан ранее */

value = pthread_getspecific(key);

body() {

  ...

  while (write(fd, buffer, size) == -1) {

    if (errno != EINTR) {

       fprintf(mywindow, "%s\n", strerror(errno));

       exit(1);

    }

  }

  ...

}

Ссылки на errno должны получить код системной ошибки из процедуры, вызванной именно этим конкретным потоком, и никаким другим. Поэтому ссылки на errno в одном потоке относятся к иной области памяти, чем ссылки на errno в других потоках. Переменная mywindow предназначена для обращения к потоку stdio, связанному с окном, которое является частным объектом потока. Так же, как и errno, ссылки на mywindow в одном потоке должны обращаться к отдельной конкретной области памяти (и в конечном счете - к различным окнам). Единственное различие между этими переменными состоит в том, что библиотека потоков реализует раздельный доступ для errno, а программист должен сам реализовать это для mywindow. Следующий пример показывает, как работают ссылки на mywindow. Препроцессор преобразует ссылки на mywindow в вызовы процедур mywindow. Эта процедура в свою очередь вызывает pthread_getspecific(), передавая ему глобальную переменную mywindow_key (это, действительно, глобальная переменная) и выходной параметр win, который принимает идентификатор окна для этого потока.

Следующий фрагмент кода:

thread_key_t mywin_key;

FILE *_mywindow(void) {

  FILE *win;

  pthread_getspecific(mywin_key, &win);

  return(win);

}

 

#define mywindow _mywindow()

 

void routine_uses_win( FILE *win) {

  ...

  }

 

void thread_start(...) {

  ...

  make_mywin();

  ...

  routine_uses_win( mywindow )

  ...

}

Теперь можно устанавливать собственные данные потока:

void make_mywindow(void) {

  FILE **win;

  static pthread_once_t mykeycreated =

        PTHREAD_ONCE_INIT;

  pthread_once(&mykeycreated, mykeycreate);

  win = malloc(sizeof(*win));

  create_window(win, ...);

  pthread_setspecific(mywindow_key, win);

}

 

void mykeycreate(void) {

  pthread_keycreate(&mywindow_key, free_key);

}

 

void free_key(void *win) {

  free(win);

}

Следующий шаг состоит в выделении памяти для элемента данных вызывающего потока. После выделения памяти выполняется вызов процедуры create_window, устанавливающей окно для потока и выделяющей память для переменной win, которая ссылается на окно. Наконец выполняется вызов pthread_setspecific(), который связывает значение win с ключом. После этого, как только поток вызывает pthread_getspecific(), передав глобальный ключ, он получает некоторое значение. Это значение было связано с этим ключом в вызывающем потоке, когда он вызвал функцию
pthread_setspecific(). Когда поток заканчивается, выполняются вызовы функций деструкторов, которые были настроены при вызове pthread_key_create(). Функция деструктора вызывается, если завершившийся поток установил значение для ключа вызовом pthread_setspecific().

Функция pthread_self() вызывается для получения ID вызывающего ее потока:

#include <pthread.h>

pthread_t tid;

tid = pthread_self();

#include <pthread.h>

pthread_t tid1, tid2;

int ret;

ret = pthread_equal(tid1, tid2);

Функция pthread_once() используется для вызова процедуры инициализации потока только один раз. Последующие вызовы не оказывают никакого эффекта. Пример вызова функции:

int pthread_once(pthread_once_t *once_control,

    void (*init_routine)(void));

#include <sched.h>

int ret;

ret = sched_yield();

Функция pthread_setschedparam() используется, чтобы изменить приоритет существующего потока. Эта функция никоим образом не влияет на дисциплину диспетчеризации:

int pthread_setschedparam(pthread_t tid, int policy,

       const struct sched_param *param);

#include <pthread.h>

pthread_t tid;

int ret;

struct sched_param param;

int priority;

/* sched_priority указывает приоритет потока */

sched_param.sched_priority = priority;

/* единственный поддерживаемый алгоритм диспетчера*/

policy = SCHED_OTHER;

/* параметры диспетчеризации требуемого потока */

ret = pthread_setschedparam(tid, policy, &param);

Функция:

int pthread_getschedparam(pthread_t tid, int policy,

      struct schedparam *param)

Пример вызова функции:

#include <pthread.h>

pthread_t tid;

sched_param param;

int priority;

int policy;

int ret;

/* параметры диспетчеризации нужного потока */

ret = pthread_getschedparam (tid, &policy, &param);

/* sched_priority содержит приоритет потока */

priority = param.sched_priority;

Поток, как и процесс, может принимать различные сигналы:

#include <pthread.h>

#include <signal.h>

int sig;

pthread_t tid;

int ret;

ret = pthread_kill(tid, sig);

Если sig имеет значение 0, выполняется проверка ошибок, но сигнал реально не посылается. Таким образом можно проверить правильность tid. Функция возвращает 0 - в случае успешного завершения - или другое значение - в случае ошибки.

Функция pthread_sigmask() может использоваться для изменения или получения маски сигналов вызывающего потока:

int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *new,

        sigset_t *old);

#include <pthread.h>

#include <signal.h>

int ret;

sigset_t old, new;

 /* установка новой маски */

ret = pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &new, &old);

 /* блокирование маски */

ret = pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &new, &old);

 /* снятие блокировки */

ret = pthread_sigmask(SIG_UNBLOCK, &new, &old);

SIG_SETMASK

- заменяет текущую маску сигналов новой, при этом new указывает новую маску сигналов;

SIG_BLOCK

- добавляет новую маску сигналов к текущей, при этом new указывает множество блокируемых сигналов;

SIG_UNBLOCK

- удаляет new из текущей маски сигналов, при этом new указывает множество сигналов для снятия блокировки.

Функция pthread_sigmask() возвращает 0 - в случае успешного завершения - или другое значение - в случае ошибки.