Zaawansowane programowanie w C++ (PCP)

Transkrypt

1 Wykład 10 - boost Thread. 8 czerwca 2007

2 Równoległość bardzo wolna reakcja człowieka wolne urządzenia wejścia - wyjścia (np. drukarki) bardzo szybkie procesory można przeprowadzać obliczenia podczas obsługi urządzeń Pojęcie równoległości: na platformach jednoprocesorowych (jednordzeniowych) na platformach wieloprocesorowych (wielordzeniowych) wieloprocesowe systemy operacyjne

3 Aplikacje wielowątkowe Wątek ( lekki proces ), pozwala realizować niezależne ciągi instrukcji w ramach procesu. Wątki współdzielą kod i dane (przestrzeń adresową) oraz zasoby. lepiej wykorzystuje dostępną moc obliczeniową pozwalają na obsługę wielu zleceń równolegle mechanizm nie wprowadza dużych narzutów. Stany wątku gotowy wykonywany zatrzymany blokowany

4 wątki (2) Współdzielone są: zmienne statyczne i globalne sterta (heap) i zmienne dynamiczne (adres jest unikalny niezależnie od wątku) obiekty automatyczne (na stosie) jeżeli dostęp jest przez wskaźnik lub referencje zasoby systemu operacyjnego (pliki, okna itp) kod wykonywany Niezależne są: rejestry, ciąg wykonywanych instrukcji, stos zmienne automatyczne Program ma zawsze jeden wątek (funkcja main() ) - wątek główny lub inicjujący. Może tworzyć dodatkowe wątki.

5 Wątki a C++ C++ jest przygotowany do implementacji aplikacji wielowątkowych większość funkcji z biblioteki standardowej może być bezpiecznie używana w różnych wątkach należy używać bibliotek przeznaczonych do pracy wielowątkowej (np. obsługa sterty) zabronione funkcje (przechowują stan pomiędzy wołaniami) rand (<cstdlib>) strtok (<cstring>) asctime, ctime, gmtime, localtime (<ctime>) standard języka nie dostarcza mechanizmów tworzenia i synchronizacji wątków

6 boost::thread - wątki w C++ #include <boost/thread/thread.hpp> //Funkcja główna wątku użytkownika void my_thread() { /*... */ } //Można też użyć funktora class MyThread { public: //tutaj implementacja funkcji wątku użytkownika void operator()() { /*... */ } }; int main() { boost::thread thrd(&my_thread); //Utworzenie i uruchomienie wątku thrd.join(); //Biezacy watek czeka na zakonczenie watku thrd }

7 Problemy z programowaniem równoległym wyścigi (race conditions): wiele wątków pisze lub czyta tę samą pamięć niewłaściwa wartość ( niezdefiniowane zachowanie ). watek 1 watek 2 nr:12 wolne znajduje wolne miejsce znajduje wolne miejsce nr:12 zajęte klient1 rezerwuje miejsce rezerwuje miejsce czas nr:12 zajęte klient2 rozwiązanie problemu: synchronizacja (blokady)

8 Blokady w boost mutex (mutual-execution) jest używany do szeregowania dostępu do zasobu. Stany: zablokowany, odblokowany. //Utworzenie obiektu służącego do synchronizacji boost::mutex mutex_resource; /*... */ { //scoped_lock - zdobywanie jest inicjacją, //konstruktor: lock, destruktor: unlock boost::mutex::scoped_lock scoped_lock(mutex_resource); //Tutaj dostęp do zasobu }//Tutaj zwolnienie zasobu boost::mutex boost::try_mutex boost::timed_mutex boost::read_write_mutex boost::try_read_write_mutex boost::timed_read_write_mutex boost::recursive_mutex boost::recursive_try_mutex boost::recursive_timed_mutex

9 Problemy przy stosowaniu blokad zakleszczenia (deadlock) zagłodzenia (starvation) Watek 1 Watek 2 blokuj A blokuj B blokuj B czeka na zwolnienie B blokuj A czas czeka na zwolnienie A

10 problemy z usuwaniem błędów w aplikacjach wielowątkowych niektóre błędy są niepowtarzalne różne zachowanie się wersji debug od release debugger potrzebuje specjalnego wsparcia aby pokazać stany wątków testy na platformach z jednym procesorem (rdzieniem) mogą nie pokazywać błędów które wystąpią na platformach posiadających wiele procesorów (rdzieni) trudno testować wszystkie możliwe przebiegi sterowania

11 Typowe kończenie wątku nie ma możliwości przerwania wątku z zewnątrz class MyThread { public: MyThread() : finish_(false) {} void finish() { finish_ = true; } void operator()() { while(!finish_) { /* tutaj część przetwarzania */ /* a następnie sprawdzanie warunku!finish_ */ } } private: volatile bool finish_; };

12 Podsumowanie aplikacje wielowątkowe są coraz bardziej powszechne boost zapewnia obiekty reprezentujące wątki oraz mechanizmy synchronizacyjne wątki i mechanizm wyjątków