Системное программирование в среде Windows

Модель "хозяин/рабочий", во всех ее вариациях, является одной из наиболее популярных моделей многопоточного программирования, а программа 8.2 представляет простую модель "производитель/потребитель", являющуюся частным случаем более общей конвейерной модели (pipeline model).

В другом важном частном случае имеется один главный поток, который производит единичные рабочие задания (work units) для ограниченного количества рабочих потоков и помещает их в очередь. Такая методика может оказаться полезной при создании масштабируемого сервера с большим количеством клиентов (число которых может достигать тысячи и более), когда возможность выделения независимого рабочего потока для каждого клиента весьма сомнительна. В главе 14 задача создания масштабируемого сервера обсуждается в контексте портов завершения ввода/вывода.

В конвейерной модели каждый поток или группа потоков определенным образом обрабатывает единичные задания, например, сообщения, и передает их другим потокам для дальнейшей обработки. Аналогом многопоточного конвейера может служить производственная сборочная линия. Идеальным механизмом реализации конвейера являются очереди.

В программе 10.5 (ThreeStage.c) предусмотрено создание нескольких этапов производства и потребления, на каждой из которых поддерживается очередь рабочих заданий, подлежащих обработке. Каждая очередь имеет ограниченную, конечную длину. Всего существует три конвейерных ступени, соединяющих четыре этапа обработки. Программа имеет следующую структуру:

• Производители (producers) периодически создают единичные сообщения, дополненные контрольными суммами, используя для этого ту же функцию, что и в программе 8.2, если не считать того, что в каждом сообщении содержится дополнительное поле адресата, указывающее поток потребителя (consumer), для которой предназначено это сообщение, причем каждый производитель связывается только с одним потребителем. Количество пар "производитель/потребитель" задается в виде параметра командной строки. Далее производитель посылает одиночное сообщение передающему потоку (transmitter), помещая его в очередь передачи сообщений. Если очередь заполнена, производитель ждет, пока ее состояние не изменится.

• Передающий поток объединяет имеющиеся единичные сообщения (но не более пяти за один раз) и создает одно передаваемое сообщение, которое содержит заголовок и ряд единичных сообщений. Затем передающий поток помещает каждое передаваемое сообщение в очередь приема сообщений (receiver), блокируясь, если очередь заполнена. В общем случае передатчик и приемник могут связываться между собой через сетевое соединение. Произвольно выбранное здесь значение коэффициента блокирования (blocking factor), равное 5:1, легко поддается регулировке. 

• Принимающий поток обрабатывает единичные сообщения, входящие в состав каждого передаваемого сообщения, и помещает каждое из них в соответствующую очередь потребителя, если она не заполнена.

• Каждый поток потребителя получает одиночные сообщения по мере их поступления и записывает сообщение в файл журнала регистрации.

Блок-схема системы представлена на рис. 10.1. Обратите внимание, что эта система моделирует сетевое соединение, в котором сообщения, относящиеся к различным парам "отправитель/получатель" объединяются и передаются по общему каналу связи. 

Рис. 10.1. Многоступенчатый конвейер

В программе 10.5 предложен вариант реализации, в котором используются функции очереди из программы 10.4. Функции генерации и отображения сообщений здесь не представлены, но они взяты из программы 8.1. При этом, наряду с контрольными суммами и данными, в блоки сообщений введены поля производителя и адресата.

Программа 10.5. ThreeStage.с: многоступенчатыйконвейер 

/* Глава 10. ThreeStage.с */

/* Трехступенчатая система производитель/потребитель. */

/* Использование: ThreeStage npc goal. */

/* Запустить "npc" пар потоков производителя и потребителя. */

/* Каждый производитель должен сгенерировать в общей сложности */

/* "goal" сообщений, каждое из которых снабжается меткой, указывающей */

/* потребителя, для которого оно предназначено. */

/* Сообщения отправляются "передающему потоку", который, прежде чем */

/* отправить группу сообщений "принимающему потоку", выполняет некоторую*/

/* дополнительную обработку. Наконец, принимающий поток отправляет сообщения потокам потребителя. */

#include "EvryThng.h"

#include "SynchObj.h"