Читаем без скачивания Системное программирование в среде Windows - Джонсон Харт

• Выполнение любого потока может быть прервано в любой момент, и точно так же выполнение любого потока в любой момент может быть возобновлено.

• Не пользуйтесь приоритетами потоков в качестве замены явной синхронизации.

• Никогда не прибегайте к аргументации наподобие "вряд ли это может произойти" при анализе корректности программы. Если что-то может произойти, оно обязательно произойдет, причем тогда, когда вы меньше всего этого ожидаете.

• В еще большей степени, чем в случае однопоточных программ, справедливо утверждение о том, что, хотя тестирование и необходимо, но его одного еще не достаточно для проверки корректности многопоточной программы. Довольно часто программы способны успешно пройти через самые различные тесты, несмотря на наличие в них дефектов. Ничто не может заменить тщательно выполненных проектирования, реализации и анализа кода.

• Поведение многопоточных программ может заметно меняться в зависимости от быстродействия и количества процессоров, версии ОС и множества других факторов. Тестирование программы в самых различных системах помогает выявлению всевозможных дефектов, но предыдущее предостережение остается в силе.

• Убедитесь в том, что предусмотрели для потоков достаточно большой объем стека, хотя заданного по умолчанию стека размером 1 Мбайт в большинстве случаев вам должно хватить.

• Потоки следует использовать только тогда, когда это действительно необходимо. Таким образом, если по самой своей природе некоторые операции допускают параллелизм, то каждое такое действие может быть представлено потоком. В то же время, если операциям присуща очередность, то потоки лишь усложнят программу, а связанный с ними расход системных ресурсов может привести к снижению производительности.

• К счастью, чаще всего корректно работают самые простые программы и те, отличительной чертой которых является элегантность. При малейшей возможности избегайте усложнения программ.

Ожидание в течение конечного интервала времени

Наконец, рассмотрим функцию Sleep, позволяющую потоку отказаться от процессора и перейти из состояния выполнения в состояние ожидания, которое будет длиться в течение заданного промежутка времени. Например, выполнение задачи потоком может продолжаться в течение некоторого периода времени, после чего поток приостанавливается. По истечении периода ожидания планировщик вновь переводит поток в состояние готовности. Именно эта техника применена в одной из программ в главе 11 (программа 11.4). 

VOID Sleep(DWORD dwMilliseconds) 

Длительность интервала ожидания указывается в миллисекундах, и одним из ее возможных значений является INFINITE, что соответствует бесконечному периоду ожидания, при котором выполнение приостанавливается на неопределенное время. Значению 0 соответствует отказ потока от оставшейся части отведенного ей временного промежутка; в этом случае ядро переводит поток из состояния выполнения в состояние готовности, как показано на рис. 7.4.

Функция SwitchToThread предоставляет потоку еще один способ уступить процессор другому потоку из числа тех, которые находятся в состоянии готовности, если таковые имеются. 

UNIX-функция sleep аналогична функции Sleep, но длительность периода ожидания измеряется в секундах. Чтобы получить миллисекундное разрешение, используйте функции select или poll без дескрипторов файлов.

Облегченные потоки

Примечание

Облегченные потоки относятся к специальной тематике. Ознакомьтесь с комментарием, включенным в конце первого абзаца приведенного ниже списка, и решите для себя, стоит ли вам читать данный раздел.

Облегченные потоки (fibers), как говорит само их название, являются элементами потока. Точнее, облегченный поток — это единица выполнения в контексте потока, планируемая приложением, а не ядром. В потоке могут быть запланированы несколько облегченных потоков, и облегченные потоки сами определяют, какой из них должен выполняться следующим. Облегченные потоки имеют независимые стеки, но во всем остальном выполняются исключительно в контексте потока, имея, например, доступ к TLS потока и любому мьютексу[27], владельцем которого является данный поток. Более того, вся работа с облегченными потоками осуществляется вне ядра исключительно в пользовательском пространстве. Между потоками и облегченными потоками существуют многочисленные отличия.

Облегченные потоки могут использоваться в нескольких целях. 

• Следует отметить тот немаловажный факт, что во многих приложениях, особенно в приложениях UNIX, использующих патентованные реализации потоков, которые в настоящее время можно, как правило, считать устаревшими, предусмотрено планирование собственных потоков. Использование облегченных потоков упрощает перенос таких приложений в среду Windows. Поскольку для большинства читателей этот вопрос не является актуальным, они, вероятно, предпочтут пропустить данный раздел.

• Потоки вовсе не обязательно должны блокироваться в ожидании блокировки файла, мьютекса, именованного входного канала или иных ресурсов. Вместо этого один облегченный поток может опрашивать ресурсы и, если эти ресурсы остаются недоступными, передавать управление другому указанному облегченному потоку.

• Облегченные потоки действуют в контексте потока и имеют доступ к ресурсам потока и процесса. В отличии от потоков вытесняющее планирование к облегченным потокам не применяется. В действительности планировщику Windows об облегченных потоках ничего не известно; управление такими потоками осуществляется из DLL облегченных потоков исключительно в пользовательском пространстве.

• Облегченные потоки позволяют реализовать механизм сопрограмм (co-routines), посредством которого приложение может переключаться между несколькими взаимосвязанными задачами. Добиться этого с помощью потоков невозможно, поскольку в распоряжении программиста нет средств, обеспечивающих непосредственное управление очередностью выполнения потоков.

• Основные разработчики программного обеспечения, использующие облегченные потоки, представляют этот элемент как фактор повышения производительности. Так, в приложении Oracle Database 10g предусмотрена возможность переключения в "режим облегченных потоков" ("fiber mode") (см. http://download.oracle.com/owsf_2003/40171_colello.ppt; там же находится описание многопоточной модели).

API облегченных потоков представлен шестью функциями. Порядок их использования описывается ниже и иллюстрируется рис. 7.5.

1. Прежде всего, поток должен сделать возможным выполнение облегченного потока, вызвав функцию ConvertThreadToFiber. В результате этого поток становится облегченным потоком, который может рассматриваться в качестве основного (primary). Вызов упомянутой функции обеспечивает получение указателя на данные облегченного потока, который может быть использован во многом так же, как аргумент потока использовался для создания специфических для этого потока данных.

2. Основной или другие облегченные потоки создают дополнительные облегченные потоки с помощью функции CreateFiber. Каждый облегченный поток характеризуется начальным адресом, размером стека и параметром. Каждый новый облегченный поток идентифицируется с помощью адреса, а не дескриптора.

3. Отдельный облегченный поток может получить свои данные, назначенные ему функцией CreateFiber, обратившись к функции GetFiberData.

4. Аналогично, облегченный поток может идентифицировать себя при помощи функции GetCurrentFiber.

5. Выполняющийся облегченный поток может уступить управление другому облегченному потоку, указав его адрес в вызове функции SwitchToFiber. Облегченные потоки должны явно указывать очередной облегченный поток, который должен выполняться в контексте данного потока.

6. Функция DeleteFiber уничтожает существующий облегченный поток и все относящиеся к нему данные.

7. В Windows XP (NT 5.1) наряду с локальными областями хранения облегченных потоков введены новые функции, такие, например, как ConvertFiberToThread (которая освобождает ресурсы, созданные функцией ConvertThreadToFiber). 

Рис. 7.5. Передача управления между облегченными потоками внутри потока

Схема взаимодействия между облегченными потоками в контексте потока представлена на рис. 7.5. Этот пример иллюстрирует два способа вытеснения одного потока другим.

• Подчиненное планирование (master-slave scheduling). Только один, главный (master) облегченный поток, в данном случае — основной, принимает решения относительно того, какой облегченный поток должен выполняться, и этот облегченный поток всегда уступает управление главному облегченный потоке. На рис. 7.5 главным является облегченный поток 1.