Книга: UNIX: взаимодействие процессов

10.9. Несколько производителей, один потребитель

10.9. Несколько производителей, один потребитель

Решение в разделе 10.6 относится к классической задаче с одним производителем и одним потребителем. Новая, интересная модификация программы позволит нескольким производителям работать с одним потребителем. Начнем с решения из листинга 10.11, в котором использовались размещаемые в памяти семафоры. В листинге 10.12 приведены объявления глобальных переменных и функция main.

//pxsem/prodcons3.c
1  #include "unpipc.h"
2  #define NBUFF 10
3  #define MAXNTHREADS 100
4  int nitems, nproducers; /* только для чтения производителем и потребителем */
5  struct { /* общие данные */
6   int buff[NBUFF];
7   int nput;
8   int nputval;
9   sem_t mutex, nempty, nstored; /* семафоры, а не указатели */
10 } shared;
11 void *produce(void *), *consume(void *);
12 int
13 main(int argc, char **argv)
14 {
15  int i, count[MAXNTHREADS];
16  pthread_t tid_produce[MAXNTHREADS], tid_consume;
17  if (argc != 3)
18   err_quit("usage: prodcons3 <#items> <#producers>");
19  nitems = atoi(argv[1]);
20  nproducers = min(atoi(argv[2]), MAXNTHREADS);
21  /* инициализация трех семафоров */
22  Sem_init(&shared.mutex, 0, 1);
23  Sem_init(&shared.nempty, 0, NBUFF);
24  Sem_init(&shared.nstored, 0, 0);
25  /* создание всех производителей и одного потребителя */
26  Set_concurrency(nproducers + 1);
27  for (i = 0; i < nproducers; i++) {
28   count[i] = 0;
29   Pthread_create(&tid_produce[i], NULL, produce, &count[i]);
30  }
31  Pthread_create(&tid_consume, NULL, consume, NULL);
32  /* ожидание завершения всех производителей и потребителя */
33  for (i = 0; i < nproducers; i++) {
34   Pthread_join(tid_produce[i], NULL);
35   printf("count[%d] = %dn", i, count[i]);
36  }
37  Pthread_join(tid_consume, NULL);
38  Sem_destroy(&shared.mutex);
39  Sem_destroy(&shared.nempty);
40  Sem_destroy(&shared.nstored);
41  exit(0);
42 }

4 Глобальная переменная nitems хранит число элементов, которые должны быть совместно произведены. Переменная nproducers хранит число потоков-производителей. Оба эти значения устанавливаются с помощью аргументов командной строки.

5-10 В структуру shared добавляются два новых элемента: nput, обозначающий индекс следующего элемента, куда должен быть помещен объект (по модулю BUFF), и nputval —следующее значение, которое будет помещено в буфер. Эти две переменные взяты из нашего решения в листингах 7.1 и 7.2. Они нужны для синхронизации нескольких потоков-производителей.

17-20 Два новых аргумента командной строки указывают полное количество элементов, которые должны быть помещены в буфер, и количество потоков-производителей. 

21-41 Инициализируем семафоры и запускаем потоки-производители и поток-потребитель. Затем ожидается завершение работы потоков. Эта часть кода практически идентична листингу 7.1.

В листинге 10.13 приведен текст функции produce, которая выполняется каждым потоком-производителем.

//pxsem/prodcons3.c
43 void *
44 produce(void *arg)
45 {
46  for (;;) {
47   Sem_wait(&shared.nempty); /* ожидание освобождения поля */
48   Sem_wait(&shared.mutex);
49   if (shared.nput >= nitems) {
50    Sem_post(&shared.nempty);
51    Sem_post(&shared.mutex);
52    return(NULL); /* готово */
53   }
54   shared.buff[shared.nput % NBUFF] = shared.nputval;
55   shared.nput++;
56   shared.nputval++;
57   Sem_post(&shared.mutex);
58   Sem_post(&shared.nstored); /* еще один элемент */
59   *((int *) arg) += 1;
60  }
61 }

49-53 Отличие от листинга 10.8 в том, что цикл завершается, когда nitems объектов будет помещено в буфер всеми потоками. Обратите внимание, что потоки-производители могут получить семафор nempty в любой момент, но только один производитель может иметь семафор mutex. Это защищает переменные nput и nval от одновременного изменения несколькими производителями.

50-51 Нам нужно аккуратно обработать завершение потоков-производителей. После того как последний объект помещен в буфер, каждый поток выполняет

Sem_wait(&shared.nempty); /* ожидание пустого поля */

в начале цикла, что уменьшает значение семафора nempty. Но прежде, чем поток будет завершен, он должен увеличить значение этого семафора, потому что он не помещает объект в буфер в последнем проходе цикла. Завершающий работу поток должен также освободить семафор mutex, чтобы другие производители смогли продолжить функционирование. Если мы не увеличим семафор nempty по завершении процесса и если производителей будет больше, чем мест в буфере, лишние потоки будут заблокированы навсегда, ожидая освобождения семафора nempty, и никогда не завершат свою работу.

Функция consume в листинге 10.14 проверяет правильность всех записей в буфере, выводя сообщение при обнаружении ошибки.

//pxsem/prodcons3.с
62 void *
63 consume(void *arg)
64 {
65  int i;
66  for (i = 0; i < nitems; i++) {
67   Sem_wait(&shared.nstored); /* ожидание помещения по крайней мере одного элемента в буфер */
68   Sem_wait(&shared.mutex);
69   if (shared.buff[i % NBUFF] != i)
70    printf("error: buff[%d] = %dn", i, shared.buff[i % NBUFF]);
71   Sem_post(&shared.mutex);
72   Sem_post(&shared.nempty); /* еще одно пустое поле */
73  }
74  return(NULL);
75 }

Условие завершения единственного потока-потребителя звучит просто: он считает все потребленные объекты и останавливается по достижении nitems.

Оглавление книги