30.8. Сервер TCP с предварительным порождением процессов и защитой вызова accept при помощи взаимного исключения
Как мы уже говорили, существует несколько способов синхронизации процессов путем блокирования. Блокировка файла по стандарту POSIX, рассмотренная в предыдущем разделе, переносится на все POSIX-совместимые системы, но она подразумевает некоторые операции с файловой системой, которые могут потребовать времени. В этом разделе мы будем использовать блокировку при помощи взаимного исключения, обладающую тем преимуществом, что ее можно применять для синхронизации не только потоков внутри одного процесса, но и потоков, относящихся к различным процессам.
Функция
main
остается такой же, как и в предыдущем разделе, то же относится к функциям
child_make
и
child_main
. Меняются только три функции, осуществляющие блокировку. Чтобы использовать взаимное исключение между различными процессами, во-первых, требуется хранить это взаимное исключение в разделяемой процессами области памяти, а во-вторых, библиотека потоков должна получить указание о том, что взаимное исключение совместно используется различными процессами.
ПРИМЕЧАНИЕ
Требуется также, чтобы библиотека потоков поддерживала атрибут PTHREAD_PROCESS_SHARED.
Существует несколько способов разделения памяти между различными процессами, что мы подробно описываем во втором томе[2] данной серии. В этом примере мы используем функцию
mmap
с устройством
/dev/zero
, которое работает с ядрами Solaris и другими ядрами SVR4. В листинге 30.14 показана только функция
my_lock_init
.
Листинг 30.14. Функция my_lock_init: использование взаимного исключения потоками, относящимися к различным процессам (технология Pthread)
//server/lock_pthread.c
1 #include "unpthread.h"
2 #include <sys/mman.h>
3 static pthread_mutex_t *mptr; /* фактически взаимное исключение будет
в совместно используемой памяти */
4 void
5 my_lock_init(char *pathname)
6 {
7 int fd;
8 pthread_mutexattr_t mattr;
9 fd = Open("/dev/zero", O_RDWR, 0);
10 mptr = Mmap(0, sizeof(pthread_mutex_t), PROT_READ | PROT_WRITE,
11 MAP_SHARED, fd, 0);
12 Close(fd);
13 Pthread_mutexattr_init(&mattr);
14 Pthread_mutexattr_setpshared(&mattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
15 Pthread_mutex_init(mptr, &mattr);
16 }
9-12
Мы открываем (
open
) файл
/dev/zero
, а затем вызываем
mmap
. Количество байтов (второй аргумент этой функции) — это размер переменной
pthread_mutex_t
. Затем дескриптор закрывается, но для нас это не имеет значения, так как файл уже отображен в память.
13-15
В приведенных ранее примерах взаимных исключений Pthread мы инициализировали глобальные статические взаимные исключения, используя константу
PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
(см., например, листинг 26.12). Но располагая взаимное исключение в совместно используемой памяти, мы должны вызвать некоторые библиотечные функции Pthreads, чтобы сообщить библиотеке о наличии семафора в совместно используемой памяти и о том, что он будет применяться для синхронизации потоков, относящихся к различным процессам. Мы должны инициализировать структуру
pthread_mutexattr_t
задаваемыми по умолчанию атрибутами взаимного исключения, а затем установить значение атрибута
PTHREAD_PROCESS_SHARED
. (По умолчанию значением этого атрибута должно быть
PTHREAD_PROCESS_PRIVATE
, что подразумевает использование взаимного исключения только в пределах одного процесса.) Затем вызов
pthread_mutex_init
инициализирует взаимное исключение указанными атрибутами.
В листинге 30.15 показаны только функции
my_lock_wait
и
my_lock_release
. Они содержат вызовы функций Pthreads, предназначенных для блокирования и разблокирования взаимного исключения.
Листинг 30.15. Функции my_lock_wait и my_lock_release: использование блокировок Pthread
//server/lock_pthread.c
17 void
18 my_lock_wait()
19 {
20 Pthread_mutex_lock(mptr),
21 }
22 void
23 my_lock_release()
24 {
25 Pthread_mutex_unlock(mptr);
26 }
Сравнивая строки 3 и 4 табл. 30.1, можно заметить, что версия, использующая синхронизацию процессов при помощи взаимного исключения, характеризуется более высоким быстродействием, чем версия с блокировкой файла.
30.9. Сервер TCP с предварительным порождением процессов: передача дескриптора
Последней модификацией нашего сервера с предварительным порождением процессов является версия, в которой только родительский процесс вызывает функцию
accept
, а затем «передает» присоединенный сокет какому-либо одному дочернему процессу. Это помогает обойти необходимость защиты вызова
accept
, но требует некоторого способа передачи дескриптора между родительским и дочерним процессами. Эта техника также несколько усложняет код, поскольку родительскому процессу приходится отслеживать, какие из дочерних процессов заняты, а какие свободны, чтобы передавать дескриптор только свободным дочерним процессам.
В предыдущих примерах сервера с предварительным порождением процессов родительскому процессу не приходилось беспокоиться о том, какой дочерний процесс принимает соединение с клиентом. Этим занималась операционная система, организуя вызов функции
accept
одним из свободных дочерних процессов или блокировку файла или взаимного исключения. Из первых двух столбцов табл. 30.2 видно, что операционная система, в которой мы проводим измерения, осуществляет равномерную циклическую загрузку свободных процессов клиентскими соединениями.
