QNX/UNIX: Анатомия параллелизма - Олег Цилюрик

static pthread_once_t once = PTHREAD_ONCE_INIT;

static void destructor(void* db) { delete (DataBlock*)db; }

static void once_creator(void) {

 pthread_key_create(&key, destructor);

}

void* threadfunc(void* data) {

 // надлежащим образом маскируем сигналы

 // ...

 // это произойдет только в первом потоке из N

 pthread_once(&once, once_creator);

 DataBlock* pdb = new DataBlock(...);

 pthread_setspecific(key, pdb);

 // Теперь поток может пользоваться данными *pdb, как и локальными!

 // цикл ожидания приходящих сигналов:

 while (true) pause();

}

Все потоки используют один и тот же обработчик для всех сигналов; он выполняет одни и те же действия, но над различными объектами данных. Над каким объектом данных выполнить действие, обработчик «узнает» из контекста потока, в котором он выполняется:

static void handler(int signo, siginfo_t* info, void* context) {

 DataBlock* pdb = (DataBlock*)pthread_getspecific(key);

 // выполняем действия для своего потока ...

}

• Теперь, например из главного потока процесса (главный поток выбран для простоты - источником сигнала может быть произвольный поток, даже не этого процесса), требуемое действие вызывается возбуждением соответствующего сигнала:

sigqueue(getpid(), SIGRTMIN + K, val);

Это только скелетная схема, но на ее основе можно строить развитые протоколы обработки данных (пример взят из работоспособного приложения).

За пределы POSIX: сигналы в сети

А теперь, «на закуску», посмотрим справочную информацию по системной команде kill (послать сигнал). Вы, должно быть, помните, что в QNX есть дополнительная возможность получить справку по любой команде системы, используя команду # use <имя-команды>. Более того, вы можете и в любое свое приложение встроить возможность получения интерактивной справки. Как это происходит, описано в [4]. Итак:

# use kill

kill - terminate or signal processes (POSIX)

kill [-signal_name|-signal_number] pid ...

kill -l

Options:

 -signal_name   Symbolic name of signal to send

 -signal_number Integer representing a signal type

 -l             List symbolic signal names

 -n             node Kill processes on the specified node.

                (/bin/kill only)

Where:

 Valid signal names are:

SIGNULL SIGHUP     SIGINT  SIGQUIT  SIGILL  SIGTRAP

SIGIOT  SIGABRT    SIGEMT  SIGFPE   SIGKILL SIGBUS

SIGSEGV SIGSYS     SIGPIPE SIGALRM  SIGTERM SIGUSR1

SIGUSR2 SIGCHLD    SIGPWR  SIGWINCH SIGURG  SIGPOLL SIGSTOP SIGTSTP

SIGCONT SIGVTALARM SIGTTIN SIGTTOU

Note:

kill is also available as a shell builtin

Здесь нас ожидает сюрприз, который мы выделили в показанном фрагменте жирным шрифтом. И говорит эта строка о том, что в системе QNX сигнал может посылаться процессу, работающему на любом узле сети QNET. И это совершенно естественно, если вспомнить промелькнувшее выше замечание из технической документации, что сигнал в QNX - это пульс, то есть один из видов сообщений микроядра.

Таким образом, системная команда QNX kill (именно системная — /bin/kill, в отличие от встроенной формы kill командных интерпретаторов, которые строго следуют традициям UNIX, как и предупреждает выделенная нами строка) имеет возможность посылать сигналы любому процессу в сети. Тем не менее при рассмотрении прототипов вызовов kill() и sigqueue() мы не находим и следа параметра, предоставляющего возможность определить удаленный процесс. Тогда каким образом это делает команда kill? Совершенно верно: используя вызов native QNX API, который выглядит так (этот вызов, как и многие другие, имеет две формы, вторая из которых является безопасной в много- поточной среде):

#include <sys/neutrino.h>

int SignalKill(uint32_t nd, pid_t pid,

 int tid, int signo, int code, int value);

int SignalKill_r(uint32_t nd, pid_t pid, int tid, int signo,

 int code int value);

где nd — дескриптор сетевого узла QNET, на котором будут разыскиваться pid и tid. Для посылки сигнала локальному процессу (потоку) можно для nd указать 0, но лучше — определенную системой константу ND_LOCAL_NODE.

Дескриптор узла в сети QNET — понятие относительное; он может быть получен, например, вызовом netmgr_strtond(). Но и здесь не все так просто:

• Дескриптор, соответствующий, скажем, узлу «host», полученный на узле «А», может иметь значение N, но дескриптор того же узла, полученный на узле «В», будет иметь уже значение M, то есть дескриптор узла — это «дескриптор сетевого узла X, как он видится с сетевого узла Y».

• Тот же дескриптор узла «host» может быть определен как имеющий значение N, но уже через несколько секунд он может «сменить» свое значение на M, то есть значения, полученные netmgr_strtond(), должны использоваться немедленно...

Эти и другие сложности относятся к особенностям программного использования QNET и требуют отдельного обстоятельного обсуждения. Однако они не являются предметом нашего текущего рассмотрения.

pid — PID процесса, которому направляется сигнал, pid может иметь и отрицательное значение, при этом положительное значение (-pid) идентифицирует группу процессов EGID, и сигнал будет отправлен всем процессам группы. При нулевом значении pid сигнал будет отправлен всем процессам группы процесса отправителя.

tid — 0 или TID потока, которому направляется сигнал. При указании tid сигнал будет доставляться только указанному потоку, а при tid = 0 — всем потокам процесса. Дальнейшая судьба сигнала в обоих случаях зависит от маскирования сигнала в потоке, как мы рассматривали ранее.

signo — номер сигнала (с ним неоднократно встречались выше).

code и value — код и значение, ассоциированные с сигналом (их мы тоже встречали при рассмотрении модели сигналов реального времени).

Как и обычно, внешнее различие (для программиста) основной формы SignalKill() и формы, безопасной в многопоточной среде, SignalKill_r() состоит в том, что:

• SignalKill() возвращает -1 в случае ошибки, а код ошибки заносится в errno; любой другой возврат является индикатором успешного выполнения;

• SignalKill_r() возвращает EOK в случае успеха, а в случае ошибки возвращается отрицательный код ошибки (тот же, который основная форма заносит в errno, но со знаком минус).

Возможны следующие коды ошибок, возвращаемые этими вызовами:

EINVAL — недопустимое числовое значение signo;

ESRCH — несуществующий адресат (pid или tid);

EPERM — процесс не имеет достаточных прав для посылки сигнала;

EAGAIN — недостаточно ресурсов ядра для выполнения запроса.

Для того чтобы получить работающий пример использования этой возможности, возьмите любой из приводившихся выше примеров, разнесите процессы по сетевым узлам и определите «целеуказание» в процессе-отправителе.

Простейшим примером и демонстрацией удаленной реакции в сети может быть следующая последовательность действий:

• Производим запуск задачи на удаленном узле, например:

# on -f <host> raqc

• После чего, выполнив ряд операций в запущенной программе, прекращаем ее работу по [Ctrl+C] с локального терминала.

Интересно оценить далеко идущие последствия этого «маленького» расширения стандартной POSIX-схемы работы с сигналами:

• На технике «сетевых сигналов» может быть построена целая система уведомлений сетевых составляющих компонент единой программной прикладной системы.

• Именно «уведомлений» (но не синхронизации с наследованием приоритетов, влияющей на общую систему диспетчеризации составляющих частей и т.п.): посылка сигнала является неблокирующей операцией (не требует ответа), а прием сигнала не сопровождается наследованием (или любым изменением) приоритетов.

• Такое «сигнальное» взаимодействие, записанное в формальной POSIX-семантике (но, по сути, осуществляющее механизмы, далеко выходящие за POSIX), может оказаться гораздо проще в записи и понимании, чем при использовании низкоуровневых механизмов обмена сообщениями (пульсами).

4. Примитивы синхронизации

ОС QNX Neutrino предоставляет широкий набор элементов синхронизации выполнения потоков, как в рамках одного процесса, так и разных. Это практически полный спектр примитивов, описываемых как базовым стандартом POSIX, так и всеми его расширениями реального времени. Тем не менее при работе со всеми этими примитивами не покидает ощущение, что некоторые из них являются органичными для самой ОС (мьютекс, условная переменная), в то время как другие — достаточно громоздкая надстройка над базовыми механизмами, реализуемая, главным образом, в угоду POSIX.