В этот момент возникает законный вопрос: «А что если потоки завершат работу в обратном порядке?» Другими словами, если имеются 4 процессора, и по какой-либо причине поток, выполняющийся на последнем процессоре (с номером 3), завершит работу первым, затем завершится поток, выполняющийся на процессоре с номером 2, и так далее? Вся прелесть приведенной схемы заключается в том, что ничего плохого не произойдет.
Первое, что произойдет — это то, что pthread_join() блокируется на thread_ids[0]. Тем временем пусть завершится поток thread_ids[3]. Это не окажет абсолютно никакого воздействия на поток main(), который будет по-прежнему ждать завершения первого потока. Затем, пусть завершит работу поток thread_ids[2]. По-прежнему, никаких последствий. И так далее — пока не завершит работу поток thread_ids[0].
В этот момент pthread_join() разблокируется, и мы немедленно переходим к следующей итерации цикла for. Вторая итерация цикла for применит pthread_join() к потоку thread_ids[1], который не будет блокирован, и итерация завершится немедленно. Почему? Потому что поток, идентифицированный как thread_ids[1], уже завершился. Поэтому наш цикл for просто «проскочит» остальные потоки и завершится. В этот момент мы будем знать, что вычислительные потоки синхронизированы, и теперь мы можем выводить результаты отображение.
Когда мы говорили о синхронизации функции main() по моменту завершения рабочих потоков (в параграфе «Синхронизация по отношению к моменту завершения потока», см. выше), мы упомянули два метода синхронизации: один метод с применением функции pthread_join(), который мы только что рассмотрели, и метод с применением барьера.
Возвращаясь к нашей аналогии с процессами в жилом доме, предположим, что семья пожелала где-нибудь отдохнуть на природе. Водитель садится в микроавтобус и запускает двигатель. И ждет. Водитель будет ждать до тех пор, пока все члены семьи не сядут в машину, и только затем можно будет ехать — не можем же мы кого-нибудь оставить!
Точно так происходит и в нашем примере с выводом графики на дисплей. Основной поток должен дождаться того момента, когда все рабочие потоки завершат работу, и только затем можно начинать следующую часть программы.
Однако, отметьте для себя одну важную отличительную особенность. С применением функции pthread_join() мы ожидаем завершения потоков. Это означает, что на момент ее разблокирования потоков нет больше с нами; они закончили работу и завершились.
В случае с барьером, мы ждем «встречи» определенного числа потоков у барьера. Затем, когда заданное число потоков достигнуто, мы их всех разблокируем (заметьте, что потоки при этом продолжат выполнять свою работу).
Сначала барьер следует создать при помощи функции barrier_init():
#include <sync.h>
int barrier_init(barrier_t *barrier, const barrier_attr_t *attr, int count);
Эта функция создает объект типа «барьер» по переданному ей адресу (указатель на барьер хранится в параметре barrier) и назначает ему атрибуты, которые определены в attr (мы будем использовать NULL, чтобы установить значения по умолчанию). Число потоков, которые должны вызывать функцию barrier_wait(), передается в параметре count.
После того как барьер создан, каждый из потоков должен будет вызвать функцию barrier_wait(), чтобы сообщить, что он отработал:
#include <sync.h>
int barrier_wait(barrier_t *barrier);
После того как поток вызвал barrier_wait(), он будет блокирован до тех пор, пока число потоков, указанное первоначально в параметре count функции barrier_init(), не вызовет функцию barrier_wait() (они также будут блокированы). После того как нужное число потоков выполнит вызов функции barrier_wait(), все эти потоки будут разблокированы «одновременно».
Вот пример:
/*
* barrier1.c
*/
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <sync.h>
#include <sys/neutrino.h>
barrier_t barrier; // Объект типа «барьер»
void* thread1(void *not_used) {
time_t now;
char buf[27];
time(&now);
printf("Поток 1, время старта %s", ctime_r(&now, buf));
// Выполнить вычисления
// (вместо этого просто сделаем sleep)
sleep(20);
barrier_wait(&barrier);
// После этого момента все потоки уже завершатся
time(&now);
printf("Барьер в потоке 1, время срабатывания %s",
ctime_r(&now, buf));
}
void* thread2(void *not_used) {
time_t now;
char buf[27];
time(&now);
printf("Поток 2, время старта %s", ctime_r(&now, buf));
// Выполнить вычисления
// (вместо этого просто сделаем sleep)
sleep(40);
barrier_wait(&barrier);
// После этого момента все потоки уже завершатся
time(&now);
printf("Барьер в потоке 2, время срабатывания %s",
ctime_r(&now, buf));
}
main() // Игнорировать аргументы
{
time_t now;
char buf[27];
// Создать барьер со значением счетчика 3
barrier_init(&barrier, NULL, 3);
// Создать два потока, thread1 и thread2
pthread_create(NULL, NULL, thread1, NULL);
pthread_create(NULL, NULL, thread2, NULL);
// Сейчас выполняются оба потока
// Ждать завершения
time(&now);
printf("main(): ожидание у барьера, время %s",
ctime_r(&now, buf));
barrier_wait(&barrier);
// После этого момента все потоки уже завершатся
time(&now);
printf("Барьер в main(), время срабатывания %s",
ctime_r(&now, buf));
}
Основной поток создал объект типа «барьер» и инициализировал его значением счетчика, равным числу потоков (включая себя!), которые должны «встретиться» у барьера, прежде чем он «прорвется». В нашем примере этот индекс был равен 3 — один для потока main(), один для потока thread1() и один для потока thread2(). Затем, как и прежде, стартуют потоки вычисления графики (в нашем случае это потоки thread1() и thread2()). Для примера вместо приведения реальных алгоритмов графических вычислений мы просто временно «усыпили» потоки, указав в них sleep(20) и sleep(40), чтобы имитировать вычисления. Для осуществления синхронизации основной поток (main()) просто блокирует сам себя на барьере, зная, что барьер будет разблокирован только после того, как рабочие потоки аналогично присоединятся к нему.