QNX/UNIX: Анатомия параллелизма

Цилюрик Олег Иванович

Множественные каналы

Техника написания менеджеров ресурсов в QNX открывает перспективу для простого и ясного написания драйверов системы без необходимости «залезать» в специфические низкоуровневые детали. Тем не менее в описаниях технологии создания менеджеров ресурсов есть один аспект, который имеет непосредственное отношение к синхронизации параллельных ветвей, и нельзя сказать, что этот вопрос не освещен в технической документации, однако его составляющие детали «размазаны» по документации, и общую картину приходится восстанавливать.

Суть вопроса в следующем. Писать менеджер ресурсов как системный

драйвер некоторого специфического аппаратного устройства — это удел единиц (на каждое устройство — по одному разработчику! … шутка), но менеджер ресурсов — это прекрасная альтернатива для описания чисто программных «псевдоустройств». Например, это могла бы быть некоторая оконная GUI-подсистема, в которой

open

создает прорисовку окна на экране,

write

вписывает некоторый текст в окно, a

read

считывает из окна текст, вводимый пользователем (подобная конструкция описывалась нами в главе «Драйверы» [4]). Таким решением мы с минимальными затратами придаем POSIX-функциональность своим совершенно неожиданным программным подсистемам.

Однако для «истинных драйверов» запросы

open

—

read

—

write

: должны, как правило, быть последовательными (право, бессмысленно пытаться писать и читать один файл одновременно из двух потоков)… Это обусловливается тем, что в конечном итоге все функции-обработчики операций менеджера ресурса выходят на единичный экземпляр оборудования, которое должно физически отработать переданный ему запрос.

Гораздо свободнее может себя чувствовать разработчик драйвера псевдоустройства (программной модели): здесь каждый запрос

open

(будь то из одного последовательного потока, различных потоков процесса или даже из потоков, принадлежащих разным процессам) может порождать новый экземпляр псевдоустройства. Возвращаемый им файловый дескриптор (в QNX это дескриптор соединения) станет ссылаться на порожденный экземпляр, а вызовы

read

—

write

, оперирующие с различным дескриптором, будут направляться соответствующим различным экземплярам. (Понятно, что такой параллелизм операций может обеспечить только многопоточный менеджер ресурса, но нужно еще «заставить» его сделать это.)

Это настолько часто используемая модель, что она заслуживает отдельного рассмотрения. Дополнительную сложность создает то обстоятельство, что мы, как уже отмечалось, договорились писать программный код на С++, а здесь нам предстоит переопределять из своего кода определения в заголовочных файлах менеджера ресурсов, не нарушая их C-синтаксис.

Ниже показан текст простейшего многопоточного менеджера (исключены даже самые необходимые проверки), ретранслирующего по нескольким каналам независимо получаемые текстовые строки (строки кода, принципиальные для обеспечения параллельности и многоканальности, выделены жирным шрифтом):

Подмена стандартного Open Control Block

// предшествующие общие строки #include не показаны

// это переопределение нужно для исключения предупреждений

// компилятора: 'THREAD_POOL_PARAM_T' redefined

#define THREAD_POOL_PARAM_T dispatch_context_t #include <sys/dispatch.h>

// следующее переопределение принципиально важно.

// оно предписывает вместо стандартного блока OCB (open control block),

// создаваемого вызовом клиента open и соответствующего его файловому

// дескриптору, использовать собственную структуру данных.

// Эта структура должнабыть производной от стандартной

// iofunc_ocb_t, а определение должно предшествовать

// включению <sys/iofunc.h>

#define IOFUNC_OCB_T struct ownocb

#include <sys/iofunc.h>

class ownocb public iofunc_ocb_t {

static const int BUFSIZE = 1024;

public:

char *buf;

ownocb(void) { buf = new char[BUFSIZE]; }

~ownocb(void) { delete buf; }

};

IOFUNC_OCB_T *ownocb_calloc(resmgr_context_t *ctp, IOFUNC_ATTR_T *device) {

return new ownocb;

}

void ownocb_free(IOFUNC_OCB_T *o) { delete o; }

iofunc_funcs_t ownocb_funcs = {

_IOFUNC_NFUNCS, ownocb_calloc, ownocb_free

};

iofunc_mount_t mountpoint = { 0, 0, 0, 0, &ownocb_funcs };

// Вместо умалчиваемой операции iofunc_lock_ocb_default,

// вызываемой перед началом обработки запросов чтения/записи

// и блокирующей атрибутную запись, мы предписываем вызывать

// "пустую" операцию и не блокировать атрибутную запись,

// чем обеспечиваем параллелизм.

static int nolock(resmgr_context_t *ctp, void *v, IOFUNC_OCB_T *ocb) {

return EOK;

}

// обработчик запроса чтения

static int line_read(resmgr_context_t *ctp, io_read_t *msg,

IOFUNC_OCB_T *ocb) {

if (strlen(ocb->buf) != 0) {

MsgReply(ctp->rcvid, strlen(ocb->buf) + 1, ocb->buf, strlen(ocb->buf) + 1);

strcpy(ocb->buf, "");

} else MsgReply(ctp->rcvid, EOK, NULL, 0);