Роб Кёртен - Введение в QNX/Neutrino 2. Руководство по программированию приложений реального времени в QNX Realtime Platform

• Название: Введение в QNX/Neutrino 2. Руководство по программированию приложений реального времени в QNX Realtime Platform
• Автор: Роб Кёртен
• Издательство: Петрополис
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2001
• ISBN: 5-94656-025-9

Книга "Введение в QNX/Neutrino 2» откроет перед вами в мельчайших подробностях все секреты ОСРВ нового поколения от компании QNX Software Systems Ltd (QSSL) — QNX/Neutrino 2. Книга написана в непринужденной манере, легким для чтения и понимания стилем, и поможет любому, от начинающих программистов до опытных системотехников, получить необходимые начальные знания для проектирования надежных систем реального времени, от встраиваемых управляющих приложений до распределенных сетевых вычислительных систем

В книге подробно описаны основные составляющие ОС QNX/Neutrino и их взаимосвязи. В частности, уделено особое внимание следующим темам:

• обмен сообщениями: принципы функционирования и основы применения;

• процессы и потоки: базовые концепции, предостережения и рекомендации;

• таймеры: организация периодических событий в программах;

• администраторы ресурсов: все, что относится к программированию драйверов устройств;

• прерывания: рекомендации по эффективной обработке.

В книге представлено множество проверенных примеров кода, подробных разъяснений и рисунков, которые помогут вам детально вникнуть в и излагаемый материал. Примеры кода и обновления к ним также можно найти на веб-сайте автора данной книги, www.parse.com.

---

Если вам необходимо вызвать эту функцию, вы можете сделать это только следующим образом:

(по умолчанию)

pthread_attr_setscope(&attr, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM);

Атрибуты потока «stack» (параметры стека)

Прототипы функций установки параметров стека в атрибутах потока выглядят следующим образом:

int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *attr,

 size_t gsize);

int pthread_attr_setstackaddr(pthread_attr_t *attr,

 void *addr);

int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr,

 size_t ssize);

Все эти три функции имеют в качестве первого параметра атрибутную запись, вторые параметры перечислены ниже:

gsize Размер «области защиты». addr Адрес стека, если последний вами предусмотрен. ssize Размер стека.

Область защиты — это область памяти, расположенная сразу после стека, которую поток не может использовать для записи. Если это происходит (а это означает, что стек вот-вот переполнится), потоку будет послан SIGSEGV. Если размер области защиты равен 0, это означает, что области защиты не предусматривается. Это также подразумевает, что проверка стека на переполнение выполняться не будет. Если размер области защиты отличен от нуля, то это устанавливает его по меньшей мере в общесистемное значение по умолчанию (которое вы можете получить по запросу sysconf(), указав ему константу _SC_PAGESIZE). Заметьте, что ненулевой минимально возможный размер области защиты составляет одну страницу (например, 4 Кб для процессора x86). Также отметьте, что страница защиты не занимает никакой физической памяти, это уловка с применением виртуальной адресации (MMU). Параметр addr представляет собой адрес стека, если вы его задаете явно. Вы можете задать вместо него NULL, что будет значить, что система будет должна сама распределить (и освободить!) стек для потока. Преимущество явного определения стека для потока состоит в том, что вы сможете делать «посмертный» (после аварийного завершения) анализ глубины стека. Это достигается распределением области стека и заполнением ее некоторой «подписью» (например, многократно повторяемой строкой «STACK»), после чего поток запускается на выполнение. По завершении работы потока вы сможете проанализировать область стека и посмотреть, на какую глубину поток затер в ней вашу «подпись», и тем самым определить максимальную глубину стека, использованную потоком в данном конкретном сеансе выполнения.

Параметр ssize определяет размер стека. Если вы явно задаете адрес области стека в параметре addr, то параметр ssize должен задавать размер этой области. Если вы не задаете адрес области стека в параметре addr (то есть передаете вместо адреса NULL), то параметр ssize сообщает системе, стек какого размера следует распределить. Если вы укажете для параметра ssize значение 0 (ноль), система выберет размер стека, заданный по умолчанию. Очевидно, что задавать 0 в качестве параметра ssize и при этом явно указывать адрес стека, используя параметр addr — порочная практика, поскольку в действительности вы тем самым заявляете: «вот указатель на объект, который имеет некоторый заданный по умолчанию размер». Проблема здесь заключается в том, что между размером объекта и передаваемым значением нет никакой связи.

Если стек назначается с помощью параметра attr, данный поток не будет защищен от переполнения этого стека (то есть область защиты будет отсутствовать).

Атрибуты потока «scheduling» (диспетчеризация)

Наконец, если вы определяете PTHREAD_EXPLICIT_SCHED для функции pthread_attr_setinheritsched(), тогда вам необходимо будет как-то определить дисциплину диспетчеризации и приоритет для потока, который вы намерены создать.

Это выполняется с помощью двух функций:

int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t *attr,

 const struct sched_param *param);

int pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t *attr,

 int policy);

С параметром policy все просто — это либо SCHED_FIFO, либо SCHED_RR, либо SCHED_OTHER.

В рассматриваемой версии QNX/Neutrino параметр SCHED_OTHER интерпретируется как SCHED_RR (карусельная диспетчеризация).

Параметр param — структура, которая содержит единственный элемент: sched_priority. Задайте этот параметр путем прямого присвоения ему значения желаемого приоритета.

Стандартная ошибка, которой следует избегать, заключается в задании PTHREAD_EXPLICIT_SCHED и затем определением только дисциплины диспетчеризации. Проблема состоит в том, что в инициализированной атрибутной записи значение param.sched_priority есть 0 (ноль). Это тот же самый приоритет, что и у «холостого» потока (IDLE), что означает, что создаваемый вами поток будет конкурировать за процессор с «холостым» потоком.

Плавали, знаем. :-)

На том, что QSSL зарезервировала нулевой приоритет только для «холостого» потока, уже «прокололось» немало программистов. Поток с нулевым приоритетом просто не сможет выполняться.

Несколько примеров

Давайте рассмотрим ряд примеров. Будем считать, что в обсуждаемой программе подключены нужные заголовочные файлы (<pthread.h> и <sched.h>), а также что поток, который предстоит создать, называется new_thread(), и для него существуют все необходимые прототипы и определения.

Самый обычный способ создания потока — просто оставить везде значения по умолчанию:

pthread_create(NULL, NULL, new_thread, NULL);

В вышеупомянутом примере мы создали наш новый поток со значениями параметров по умолчанию и передали ему NULL в качестве его единственного параметра (третий NULL в указанном выше вызове pthread_create()).

Вообще говоря, вы можете передавать вашему новому потоку что угодно через параметр arg. Например, число 123:

pthread_create(NULL, NULL, new_thread, (void*)123);

Более сложный пример — создание «обособленного» (detached) потока с диспетчеризацией карусельного типа (RR) и приоритетом 15:

pthread_attr_t attr;

// Инициализировать атрибутную запись

pthread_attr_init(&attr);

// Установить «обособленность»

pthread_attr_setdetachstate(&attr,

 PTHREAD_CREATE_DETACHED);

// Отменить наследование по умолчанию (INHERIT_SCHED)

pthread_attr_setinheritsched(&attr,

 PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);

pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_RR);

attr.param.sched_priority = 15;

// И, наконец, создать поток

pthread_create(NULL, &attr, new_thread, NULL);

Для того чтобы увидеть, как «выглядит» многопоточная программа, можно запустить из командного интерпретатора команду pidin. Скажем, нашу программу зовут spud. Если мы выполняем pidin один раз до создания программой spud потоков, и еще раз — после того, как spud создала два потока (тогда всего их будет три), то вот как примерно будет выглядеть вывод (я укоротил вывод pidin для демонстрации только того, что относится к spud):

# pidin

pid   tid name prio STATE Blocked

12301   1 spud  10r READY

# pidin

pid  tid name prio STATE Blocked

12301  1 spud  10r READY

12301  2 spud  10r READY

12301  3 spud  10r READY

Вы можете видеть, что процесс spud (идентификатор процесса 12301) имеет три потока (столбец «tid» в таблице). Эти три поток» выполняются с приоритетом 10, с диспетчеризацией карусельного (RR) типа (обозначенной как «r» после цифры 10). Все три процесса находятся в состоянии готовности (READY), т. е. готовы использовать процессор, но в настоящее время не выполняются (поскольку в данный момент выполняется другой поток с более высоким приоритетом).

Теперь, когда мы знаем все о создании потоков, давайте рассмотрим, как и где мы можем этим воспользоваться.

Где хороша многопоточность

Существует два класса задач, где можно было бы эффективно применять многопоточность.

Потоки подобны перегруженным операторам в языке Си++. Поначалу может показаться хорошей идеей перегрузить каждый оператор какой-либо дополнительной интересной функцией, но это сделает программу трудной для восприятия. Аналогичная ситуация с потоками. Вы могли бы создать множество потоков, но это усложнит ваш код и сделает программу малопонятной, а значит, сложной в сопровождении. Разумное же применение потоков, наоборот, внесет в программу дополнительную функциональную ясность.