Средства синхронизации потоков управления

Мьютексы

Функции, обслуживающие мьютексы, можно разбить на следующие группы:

• инициализация и разрушение мьютексов: pthread_mutex_init(), pthread_mutex_destroy() (см. листинг 2.1);

  #include <pthread.h>
  
  int pthread_mutex_init (
      pthread_mutex_t *restrict mutex, 
      const pthread_mutexattr_t
          *restrict attr);
  
  int pthread_mutex_destroy (
      pthread_mutex_t *mutex);
  
  pthread_mutex_t mutex =
      PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

  Листинг 2.1. Описание функций инициализации и разрушения мьютексов.
• захват и освобождение мьютексов: pthread_mutex_lock(), pthread_mutex_trylock(), pthread_mutex_timedlock(), pthread_mutex_unlock() (см. листинги 2.2 и 2.3);

  #include <pthread.h>
  
  int pthread_mutex_lock (
      pthread_mutex_t *mutex);
  
  int pthread_mutex_trylock (
      pthread_mutex_t *mutex);
  
  int pthread_mutex_unlock (
      pthread_mutex_t *mutex);

  Листинг 2.2. Описание функций захвата и освобождения мьютексов.

  #include <pthread.h>
  #include <time.h>
  int pthread_mutex_timedlock (
      pthread_mutex_t *restrict mutex,
      const struct
          timespec *restrict abstime);

  Листинг 2.3. Описание функции захвата мьютексов с ограниченным ожиданием.
• опрос и установка атрибутов мьютекса: pthread_mutex_getprioceiling(), pthread_mutex_setprioceiling() (см. листинг 2.4);

  #include <pthread.h>
  
  int pthread_mutex_getprioceiling (
      const pthread_mutex_t 
      *restrict mutex,
      int *restrict prioceiling);
  
  int pthread_mutex_setprioceiling (
      pthread_mutex_t 
      *restrict mutex, int prioceiling, 
      int *restrict old_ceiling);

  Листинг 2.4. Описание функций опроса и установки атрибутов мьютекса.
• инициализация и разрушение атрибутных объектов мьютексов: pthread_mutexattr_init(), pthread_mutexattr_destroy() (см. листинг 2.5);

  #include <pthread.h>
  
  int pthread_mutexattr_init (
      pthread_mutexattr_t *attr);
  
  int pthread_mutexattr_destroy (
      pthread_mutexattr_t *attr);

  Листинг 2.5. Описание функций инициализации и разрушения атрибутных объектов мьютексов.
• опрос и установка атрибутов мьютекса в атрибутных объектах: pthread_mutexattr_gettype(), pthread_mutexattr_settype(), pthread_mutexattr_getpshared(), pthread_mutexattr_setpshared(), pthread_mutexattr_getprotocol(), pthread_mutexattr_setprotocol(), pthread_mutexattr_getprioceiling(), pthread_mutexattr_setprioceiling() (см. листинг 2.6).

  #include <pthread.h>
  
  int pthread_mutexattr_gettype (
      const pthread_mutexattr_t
          *restrict attr, 
      int *restrict type);
  
  int pthread_mutexattr_settype (
      pthread_mutexattr_t *attr, int type);
  
  int pthread_mutexattr_getpshared (
      const pthread_mutexattr_t
          *restrict attr, 
      int *restrict pshared);
  
  int pthread_mutexattr_setpshared (
      pthread_mutexattr_t *attr,
      int pshared);
  
  int pthread_mutexattr_getprotocol (
      const pthread_mutexattr_t
          *restrict attr, 
      int *restrict protocol);
  
  int pthread_mutexattr_setprotocol (
      *attr, int protocol);
  
  int pthread_mutexattr_getprioceiling (
      const pthread_mutexattr_t
          *restrict attr, 
      int *restrict prioceiling);
  int pthread_mutexattr_setprioceiling (
      pthread_mutexattr_t *attr,
      int prioceiling);

  Листинг 2.6. Описание функций опроса и установки атрибутов мьютекса в атрибутных объектах.

Мы не будем детально описывать каждую из перечисленных выше функций (хотя бы потому, что дисциплина работы с атрибутами и атрибутными объектами та же, что и для потоков управления ), но коснемся лишь отдельных, специфических аспектов.

Сразу после инициализации функцией pthread_mutex_init() мьютекс, разумеется, оказывается свободным. Разрушить функцией pthread_mutex_destroy() можно только инициализированный, свободный мьютекс.

Для инициализации статически описанных мьютексов с подразумеваемыми значениями атрибутов целесообразно воспользоваться макросом PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER. Эффект будет тем же, что и после вызова pthread_mutex_init() с пустым указателем в качестве значения аргумента attr, только без накладных расходов на проверку корректности атрибутного объекта.

В стандарте POSIX-2001 тип pthread_mutex_t трактуется как абстрактный, со скрытой структурой и даже без методов для присваивания и сравнения на равенство, а попытки обойти их отсутствие за счет применения операций с областями памяти, естественно, обречены на неудачу поскольку, согласно стандарту, для синхронизации должны использоваться сами объекты- мьютексы, а не их копии. Это "развязывает руки" операционной системе в использовании доступных аппаратных возможностей при реализации мьютексов, делая ее максимально эффективной.

У инициализированного мьютекса имеется четыре атрибута:

• тип (обслуживается функциями pthread_mutexattr_gettype() и pthread_mutexattr_settype() );
• верхняя грань приоритетов выполнения (функции pthread_mutex_getprioceiling(), pthread_mutex_setprioceiling(), pthread_mutexattr_getprioceiling(), pthread_mutexattr_setprioceiling() );
• протокол ( pthread_mutexattr_getprotocol(), pthread_mutexattr_setprotocol() );
• признак использования несколькими процессами ( pthread_mutexattr_getpshared(), pthread_mutexattr_setpshared() ).

Мы уже отмечали важность эффективной реализации для средств синхронизации потоков управления. Вероятно, по этой причине в число атрибутов не включен идентификатор потока -владельца, поскольку его нужно устанавливать и хранить.