Sincronizzazione di thread POSIX

Sincronizzazione di thread POSIX
Sincronizzazione
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I thread condividono la memoria
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Rischio di race condition
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Necessari meccanismi di sincronizzazione
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mutex (semaforo binario)
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condition variable
I mutex
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Un mutex è un semaforo binario (rosso o verde)
Un mutex è mantenuto in una struttura pthread_mutex_t
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Va allocata e inizializzata una tale struttura
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Per inizializzare:
–
se la struttura è allocata staticamente: pthread_mutex_t c = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
–
se la struttura è allocata dinamicamente: chiamare
pthread_mutex_init (vedere dopo)
Inizializzare e distruggere un mutex
int pthread_mutex_init(
pthread_mutex_t *mutex,
const pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
●
inizializza e distrugge un mutex, rispettivamente
●
restituiscono 0 se OK, un codice d'errore altrimenti
●
attr può essere NULL (attributi di default)
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Usare i mutex
int pthread_mutex_lock
(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *mutex);
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acquisiscono e rilasciano il semaforo
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restituiscono 0 se OK, un codice d'errore altrimenti
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se il semaforo è occupato...
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...lock blocca il thread finché il semaforo si libera
–
...trylock invece restituisce subito l'errore EBUSY
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Deadlock
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Condizione di attesa ciclica
Soluzione base: acquisire i mutex sempre nello stesso ordine
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Precauzioni
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Non si può acquisire un mutex più di una volta
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Non si può rilasciare un mutex che non si possiede
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se chiamo lock su un mutex che già posseggo, vado in deadlock
se chiamo unlock su un mutex che non posseggo, il comportamento non è specificato
Queste regole si possono cambiare usano gli attributi del mutex
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Esercizio 1
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Eliminare le race condition dall'Esercizio 1 relativo ai thread POSIX
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Le condition variable
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Servono per attendere che una condizione si verifichi, escludendo race conditions
Una condition variable è mantenuta in una struttura
pthread_cond_t
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Va allocata e inizializzata una tale struttura
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Per inizializzare:
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se la struttura è allocata staticamente: pthread_cond_t c = PTHREAD_COND_INITIALIZER
–
se la struttura è allocata dinamicamente: chiamare pthread_cond_init (vedere dopo)
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Inizializzare e distruggere
una condition variable
int pthread_cond_init( pthread_cond_t *cond,
const pthread_condattr_t *attr);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
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inizializza e distrugge una condition variable, rispettivamente
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restituiscono 0 se OK, un codice d'errore altrimenti
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attr può essere NULL (attributi di default)
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Usare una condition variable
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thread che aspetta una condizione
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thread che rende la condizione vera
mutex_lock(m)
mutex_lock(m)
while (condizione falsa)
rendi la condizione vera
cond_wait(c, m)
fa' qualcosa
mutex_unlock(m)
cond_broadcast(c)
mutex_unlock(m)
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Attendere una condition variable
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,
pthread_mutex_t*mutex);
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attende che cond sia segnalata come vera
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restituisce 0 se OK, un codice d'errore altrimenti
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il mutex protegge la condizione
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deve essere acquisito prima di chiamare cond_wait
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durante l'attesa, cond_wait rilascia il mutex
–
finita l'attesa, cond_wait riprende il mutex
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Segnalare una condition variable
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t
*cond);
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segnala che la condizione cond è vera
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sblocca tutti i thread che stanno aspettando la condizione
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restituisce 0 se OK, un codice d'errore altrimenti
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va chiamata mentre si possiede il mutex associato
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Esercizio 2
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Usando mutex e condition variable, implementare un semaforo con la seguente interfaccia:
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sem_init(int n)
inizializza il semaforo con valore n
–
sem_wait()
decrementa il semaforo (bloccandosi se il valore e' zero)
–
sem_post()
incrementa il semaforo di 1
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Esercizio 3
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realizzare un programma che accetta da riga di comando due numeri interi n ed m, e crea n produttori ed m consumatori
produttori e consumatori condividono un array di 100 interi
ogni produttore aspetta un numero casuale di secondi tra 1 e 10, e poi produce (cioè inserisce nell'array) da 1 a 5 numeri casuali. Se il produttore trova l'array pieno, salta il turno
ogni consumatore aspetta che ci sia un numero da consumare, e poi stampa a video il proprio tid e il valore consumato
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Dati globali di un thread
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Come fa un thread ad avere dati globali?
Non può usare una variabile globale, perché condivisa
–
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ci vorrebbe una variabile globale per ogni thread: complicato
Deve usare una variabile locale, che viene passata a tutte le funzioni chiamate dal thread
Oppure...thread­specific data
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Thread­specific data
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associare a una stessa chiave dati diversi per ciascun thread
thread principale
pthread_key_t chiave; // variabile globale
inizializza la chiave
crea i thread
thread 1
pthread_setspecific(chiave, malloc(...));
...
void *p = pthread_getspecific(chiave)
thread 2
pthread_setspecific(chiave, malloc(...));
...
void *p = pthread_getspecific(chiave)
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Creare una chiave
int pthread_key_create(pthread_key_t *key,
void (*destructor)(void *));
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crea una chiave per dati privati
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key è l'indirizzo della chiave da inizializzare
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destructor è un puntatore alla funzione che deve essere chiamata alla terminazione del thread
restituisce 0 se OK, un codice d'errore altrimenti
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Usare una chiave
int pthread_setspecific(pthread_key_t *key,
const void* val);
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associa l'indirizzo val alla chiave key, per il thread corrente
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restituisce 0 se OK, un codice d'errore altrimenti
void* pthread_getspecific(pthread_key_t *key);
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restituisce l'indirizzo associato alla chiave key nel thread corrente
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restituisce NULL se nessun indirizzo è stato associato a key
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Esercizio 4
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scrivere un programma che prende da riga di comando un intero n, imposta un gestore per il segnale SIGUSR1 e poi crea n thread
ciascun thread aspetta un numero casuale di secondi tra 1 e 5, poi invia il segnale SIGUSR1 a uno a caso tra i suoi fratelli thread (e poi ripete il procedimento)
il gestore del segnale stampa a video il tid del thread corrente e il numero totale di segnali SIGUSR1 ricevuti da quel thread fino a quel momento
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