Барьеры
Барьеры – весьма своеобразное средство синхронизации. Идея его в том, чтобы в определенной точке ожидания собралось заданное число потоков управления. Только после этого они смогут продолжить выполнение. (Поговорка "семеро одного не ждут" к барьерам не применима.)
Барьеры полезны для организации коллективных распределенных вычислений в многопроцессорной конфигурации, когда каждый участник (поток управления) выполняет часть работы, а в точке сбора частичные результаты объединяются в общий итог.
Функции, ассоциированные с барьерами, подразделяются на следующие группы.
- инициализация и разрушение барьеров: pthread_barrier_init(), pthread_barrier_destroy() (см. листинг 2.36);
#include <pthread.h>
int pthread_barrier_init ( pthread_barrier_t *restrict barrier, const pthread_barrierattr_t *restrict attr, unsigned count);
int pthread_barrier_destroy ( pthread_barrier_t *barrier);
Листинг 2.36. Описание функций инициализации и разрушения барьеров. (html, txt)
- синхронизация на барьере: pthread_barrier_wait() (см. листинг 2.37);
#include <pthread.h> int pthread_barrier_wait ( pthread_barrier_t *barrier);
Листинг 2.37. Описание функции синхронизации на барьере. (html, txt)
- инициализация и разрушение атрибутных объектов барьеров: pthread_barrierattr_init(), pthread_barrierattr_destroy() (см. листинг 2.38);
#include <pthread.h>
int pthread_barrierattr_init ( pthread_barrierattr_t *attr);
int pthread_barrierattr_destroy ( pthread_barrierattr_t *attr);
Листинг 2.38. Описание функций инициализации и разрушения атрибутных объектов барьеров. (html, txt)
- опрос и установка атрибутов барьеров в атрибутных объектах: pthread_barrierattr_getpshared(), pthread_barrierattr_setpshared() (см. листинг 2.39).
#include <pthread.h>
int pthread_barrierattr_getpshared (const pthread_barrierattr_t *restrict attr, int *restrict pshared);
int pthread_barrierattr_setpshared (pthread_barrierattr_t *attr, int pshared);
Листинг 2.39. Описание функций опроса и установки атрибутов барьеров в атрибутных объектах. (html, txt)
Обратим внимание на аргумент count в функции инициализации барьера pthread_barrier_init(). Он задает количество синхронизируемых потоков управления. Столько потоков должны вызвать функцию pthread_barrier_wait(), прежде чем каждый из них сможет успешно завершить вызов и продолжить выполнение. (Разумеется, значение count должно быть положительным.)
Когда к функции pthread_barrier_wait() обратилось требуемое число потоков управления, одному из них (стандарт POSIX-2001 не специфицирует, какому именно) в качестве результата возвращается именованная константа PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD, а всем другим выдаются нули. После этого барьер возвращается в начальное (инициализированное) состояние, а выделенный поток может выполнить соответствующие объединительные действия.
Описанная схема работы проиллюстрирована листингом 2.40.
if ((status = pthread_barrier_wait( &barrier)) == PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD) { /* Выделенные (обычно – объединительные) */ /* действия. */ /* Выполняются каким-то одним потоком */ /* управления */
} else { /* Эта часть выполняется всеми */ /* прочими потоками */ /* управления */ if (status != 0) { /* Обработка ошибочной ситуации */ } else { /* Нормальное "невыделенное" */ /* завершение ожидания */ /* на барьере */ } }
/* Повторная синхронизация – */ /* ожидание завершения выделенных действий */ status = pthread_barrier_wait (&barrier); /* Продолжение параллельной работы */ . . .
Листинг 2.40. Типичная схема применения функции pthread_barrier_wait(). (html, txt)
Отметим, что для барьеров отсутствует вариант синхронизации с контролем времени ожидания. Это вполне понятно, поскольку в случае срабатывания контроля барьер окажется в неработоспособном состоянии (требуемое число потоков, скорее всего, уже не соберется). По той же причине функция pthread_barrier_wait() не является точкой терминирования – "оставшиеся в живых" не переживут потери товарища...
Аналогично, не являются точками терминирования функции pthread_mutex_lock() и pthread_spin_lock().Если бы они были таковыми, то точками терминирования стали бы все функции, в том числе библиотечные, которые их вызывают – malloc(), free() и т.п. Обеспечить в обработчиках завершения корректное состояние объектов, обслуживаемых подобными функциями, довольно сложно; это деятельность, чреватая ошибками, которые трудно не только найти и исправить, но даже воспроизвести. С другой стороны, мьютексы и спин-блокировки предназначены для захвата на короткое время, без длительного ожидания, так что нечувствительность к терминированию в данном случае не составляет большой проблемы.
Работу с барьерами проиллюстрируем коллективными вычислениями, производимыми двумя потоками (см. листинг 2.41).
Листинг 2.41. Пример программы, использующей барьеры. (html, txt)
В данном случае второго ожидания на барьере не понадобилось – вместо этого потоки управления просто завершаются.
