UNIX: разработка сетевых приложений

 Стоимость функции forkдовольно высока, так как при ее использовании требуется скопировать все содержимое памяти из родительского процесса в дочерний, продублировать все дескрипторы и т.д. Текущие реализации используют технологию, называемую копированием при записи( copy-on-write), при которой копирование пространства данных из родительского процесса в дочерний происходит лишь тогда, когда дочернему процессу требуется своя собственная копия. Но несмотря на эту оптимизацию, стоимость функции forkостается высокой.

 Для передачи данных между родительским и дочерним процессами послевызова функции forkтребуется использовать средства взаимодействия процессов (IPC). Передача информации перед вызовом forkне вызывает затруднений, так как при запуске дочерний процесс получает от родительского копию пространства данных и копии всех родительских дескрипторов. Но возвращение информации из дочернего процесса в родительский требует большей работы.

Обе проблемы могут быть разрешены путем использования программных потоков( threads). Программные потоки иногда называются облегченными процессами( lightweight processes), так как поток проще, чем процесс. В частности, создание потока требует в 10–100 раз меньше времени, чем создание процесса.

Все потоки одного процесса совместно используют его глобальные переменные, поэтому им легко обмениваться информацией, но это приводит к необходимости синхронизации.

Однако общими становятся не только глобальные переменные. Все потоки одного процесса разделяют:

 инструкции процесса;

 большую часть данных;

 открытые файлы (например, дескрипторы);

 обработчики сигналов и вообще настройки для работы с сигналами (действие сигнала);

 текущий рабочий каталог;

 идентификаторы пользователя и группы пользователей.

У каждого потока имеются собственные:

 идентификатор потока;

 набор регистров, включая счетчик команд и указатель стека;

 стек (для локальных переменных и адресов возврата);

 переменная errno;

 маска сигналов;

 приоритет.

ПРИМЕЧАНИЕ

Как сказано в разделе 11.18, можно рассматривать обработчик сигнала как некую разновидность потока. В традиционной модели Unix у нас имеется основной поток выполнения и обработчик сигнала (другой поток). Если в основном потоке в момент возникновения сигнала происходит корректировка связного списка и обработчик сигнала также пытается изменить связный список, обычно начинается путаница. Основной поток и обработчик сигнала совместно используют одни и те же глобальные переменные, но у каждого из них имеется свой собственный стек.

В этой книге мы рассматриваем потоки POSIX, которые также называются Pthreads(POSIX threads). Они были стандартизованы в 1995 году как часть POSIX.1c и будут поддерживаться большинством версий Unix. Мы увидим, что все названия функций Pthreads начинаются с символов pthread_. Эта глава является введением в концепцию потоков, необходимым для того, чтобы в дальнейшем мы могли использовать потоки в наших сетевых приложениях. Более подробную информацию вы можете найти в [15].

26.2. Основные функции для работы с потоками: создание и завершение потоков

В этом разделе мы рассматриваем пять основных функций для работы с потоками, а в следующих двух разделах мы используем эти функции для написания потоковой модификации клиента и сервера TCP.

Функция pthread_create

Когда программа запускается с помощью функции exec, создается один поток, называемый начальным( initial) или главным( main). Дополнительные потоки создаются функцией pthread_create.

#include pthread.h

int pthread_create(pthread_t* tid, const pthread_attr_t * attr,

 void *(* func)(void*), void * arg);

Возвращает: 0 в случае успешного выполнения, положительное значение Exxx в случае ошибки

Каждый поток процесса обладает собственным идентификатором потока( thread ID), относящимся к типу данных pthread_t(как правило, это unsigned int). При успешном создании нового потока его идентификатор возвращается через указатель tid.