programando con hilos posix* intel software college

Programando con Hilos POSIX*

Intel Software College

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Programming with POSIX* Threads

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Objetivos

Explorar las funciones de la librería Pthreads para crear y sincronizar hilos

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¿Qué son los pthreads?

Estándar POSIX.1c

Interfaz en lenguaje C

Los hilos existen dentro del mismo proceso

Todos los hilos son pares

• No es un modelo explícito padre-hijo

• Excepto: “main thread” contiene toda la información del proceso

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pthread_create

int pthread_create(tid, attr, function, arg);

pthread_t *tid• descriptor del hilo creado

const pthread_attr_t *attr• atributos del hilo a crearse

void *(*function)(void *)• función que será mapeada al hilo

void *arg• argumento que se envía a la función

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pthread_create Detalles

Inicia un hilo ejecutando la función

Descriptor del hilo retornado por medio de la estructura pthread_t

• Especifica NULL para usar los atributos por default

Un solo argumento enviado a la función

• Si no tiene argumentos, especifica NULL

Verificar códigos de error!

EAGAINEAGAIN – recursos insuficientes para crear el hilo – recursos insuficientes para crear el hiloEINVALEINVAL – atributo inválido – atributo inválido

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Eejemplo: Creación del hilo

#include <stdio.h>#include <pthread.h>

void *hello (void * arg) { printf(“Hello Thread\n”);

}

main() { pthread_t tid;

pthread_create(&tid, NULL, hello, NULL);

}

¿Qué sucede?¿Qué sucede?

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Esperando un Thread

int pthread_join(tid, val_ptr);

pthread_t tid• manejador de un hilo a esperar

void **val_ptr• valor de salida devuelto por un hilo

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pthread_join Detalles

Un hilo espera a que un hilo con descriptor tid termine

• Solo espera a que un hilo se una

• El hilo debe ser unible

Un valor de salida se devuelve del hilo unido

• Tipo devuelto es (void *)

• Usar NULL si no se espera un valor de retorno

ESRCH ESRCH - hilo (pthread_t) no encontrado - hilo (pthread_t) no encontradoEINVALEINVAL - hilo (pthread_t) no unible - hilo (pthread_t) no unible

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Estados de un hilo

Los hilos Pthread tienen dos estados

• Unible (joinable)

• Desacoplado (detached)

Por default los hilos son unibles

• Los recursos se mantienen hasta el pthread_join

• Pueden ser reseteados con atributos o una llamada API

Los hilos desacoplados no pueden unirse

• Los recursos pueden reclamarse en la terminación

• No se pueden resetear a ser unibles

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Ejemplo: Múltiples Hilos

#include <stdio.h>#include <pthread.h>#define NUM_THREADS 4

void *hello (void *arg) { printf(“Hello Thread\n”);

} main() { pthread_t tid[NUM_THREADS]; for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) pthread_create(&tid[i], NULL, hello, NULL);

for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) pthread_join(tid[i], NULL);}

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¿Qué falla?

¿Qué se muesta de myNum?

void *threadFunc(void *void *threadFunc(void *pArg) { ) { int* p = (int*)pArg;int* p = (int*)pArg; int myNum = *p; printf( “Thread number %d\n”, myNum);}}. . .. . .// from main():// from main():for (int i = 0; i < numThreads; i++) {for (int i = 0; i < numThreads; i++) { pthread_create(&tid[i], NULL, threadFunc, &i);pthread_create(&tid[i], NULL, threadFunc, &i);}}

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for(int i=0;i<numThreads;i++) {pthread_create(&tid[i], NULL, thread, (void *) &i);

}

void *thread(void *pArg){ int *p =(int *) arg; int mynum = *p;

printf(“…….. %d\n",mynum);

pthread_exit(NULL);}

i=0x0001004

pArg=0x0001008

p=0x000100C

mynum=0x0001010

0

0x0001004

1

1

1

Contenido de la dirección 0x0001004Contenido de la dirección 0x0001004

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Solución – Almacenamiento “Local”

void *threadFunc(void *void *threadFunc(void *pArg) ) { { int myNum = *((int*)pArg)(int*)pArg); printf( “Thread number %d\n”, myNum);}}. . .. . .

// from main():// from main():for (int i = 0; i < numThreads; i++) {for (int i = 0; i < numThreads; i++) { tNum[i] = i;tNum[i] = i; pthread_create(&tid[i], NULL, threadFunc, pthread_create(&tid[i], NULL, threadFunc, &tNum[i]&tNum[i]););}}

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Pthreads Variables Mutex

Simple, flexible, y eficiente

Permiten estructuras de programación correctas para evitar condiciones de concurso

Nuevos tipos

• pthread_mutex_t• Variable mutex

• pthread_mutexattr_t• Atributos de mutex

Antes de usar, mutex debe ser inicializada

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pthread_mutex_init

int pthread_mutex_init( mutex, attr );

pthread_mutex_t *mutex• mutex a ser inicializada

const pthread_mutexattr_t *attr• atributos a ser establecidos a mutex

ENOMEMENOMEM – memoria insuficiente para mutex – memoria insuficiente para mutexEAGAINEAGAIN – recursos insuficientes (otros que no son – recursos insuficientes (otros que no son memoria)memoria)EPERM EPERM - no privilegios para ejecutar la operación - no privilegios para ejecutar la operación

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Inicialización Alternativa

Puede usarse el inicializador estático

PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER

• Usa los atributos por default

El programador debe poner atención al alcance de los mutex

• Deben ser visibles a los hilos

pthread_mutex_t mtx1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

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pthread_mutex_lock

int pthread_mutex_lock( mutex );

pthread_mutex_t *mutex• mutex que intenta hacer el lock

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pthread_mutex_lock Detalles

Intenta hacer el lock del mutex

• Si el mutex está bloqueado por otro hilo, el hilo que llama al lock se bloquea

Mutex es detenido por el hilo que lo llama hasta que se desbloquea

• Mutex lock/unlock deben ser pares, si no puede ocurrir un interbloqueo

EINVAL EINVAL - mutex invalido - mutex invalidoEDEADLKEDEADLK – el hilo llamante ya es dueño del mutex – el hilo llamante ya es dueño del mutex

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pthread_mutex_unlock

int pthread_mutex_unlock( mutex );

pthread_mutex_t *mutex• mutex a ser desbloqueado

EINVALEINVAL - mutex es inválido - mutex es inválidoEPERM EPERM - el hilo llamante no es dueño del mutex - el hilo llamante no es dueño del mutex

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Exjemplo: Uso del mutex

#define NUMTHREADS 4pthread_mutex_t gMutex; // ¿porque debe ser global?int g_sum = 0;

void *threadFunc(void *arg) { int mySum = bigComputation(); pthread_mutex_lock( &gMutex ); g_sum += mySum; // los hilos acceden uno a la vez pthread_mutex_unlock( &gMutex );}

main() { pthread_t hThread[NUMTHREADS];

pthread_mutex_init( &gMutex, NULL ); for (int i = 0; i < NUMTHREADS; i++) pthread_create(&hThread[i],NULL,threadFunc,NULL);

for (int i = 0; i < NUMTHREADS; i++) pthread_join(hThread[i]); printf (“Global sum = %f\n”, g_sum);}

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Variables Condición

Los semáforos son condicionales en el contador del semáforo

Las variables condición están asociadas con una condición arbitraria

• Las mismas operaciones: wait y signal

Proveen exclusión mutua

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Variable condición y Mutex

Un mutex está asociado con una variable condición

• Protege la evaluación de la expresión condicional

• Previene condiciones de concurso entre los hilos que están enviando la señal y los hilos que esperan en la variable condición

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Señales perdidas y falsas

Una señal a una variable de condición no se guarda

• Si no hay un hilo esperando, la señal se pierde

• Un hilo puede interbloquearse esperando una señal que no será enviada

Una variable de condición (rara vez) puede recibir señales falsas

• Si las señales se hacen predecibles la ejecución es más lenta

• Se requiere volver a probar la expresión de condición

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Algoritmo de variables de condición

Evita problemas con señales perdidas y señales falsas

adquiere mutex;adquiere mutex;

while (condición es verdadera)while (condición es verdadera)

espera en la variable de condición;espera en la variable de condición;

ejecuta región crítica;ejecuta región crítica;

actualiza condición;actualiza condición;

envía señal a los hilos que esperan;envía señal a los hilos que esperan;

libera mutex;libera mutex;

Se niega la condición se necesita proceder

El mutex se libera automáticamente

cuando el hilo espera

Puede ser

opcional

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Variables Condición

pthread_cond_init, pthread_cond_destroy

• Inicializa/destruye variables de condición

pthread_cond_wait

• El hilo duerme hasta que se efectúa un signal a la variable de condición

pthread_cond_signal

• Señal que libera la variable de condición

pthread_cond_broadcast

• Broadcast que libera la variable de condición

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Tipos de variables de condición

Tipos de datos usados

• pthread_cond_t• La variable de condición

• pthread_condattr_t• Atributos de la variable de condición

Antes de usar, la variable condición (y el mutex) deben inicializarse

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pthread_cond_init

int pthread_cond_init( cond, attr );

pthread_cond_t *cond• variable condición a ser inicializada

const pthread_condattr_t *attr• attributos a ser establecidos en la variable de

conidiciónENOMEMENOMEM - insuficiente memoria para la variable - insuficiente memoria para la variable condicióncondiciónEAGAINEAGAIN - insuficientes recursos (diferentes a la - insuficientes recursos (diferentes a la memoria)memoria)EBUSY EBUSY - variable de condición ya inicializada - variable de condición ya inicializadaEINVALEINVAL - - attrattr inválido inválido

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Inicialización alternativa

Puede usuarse un inicializador estático

PTHREAD_COND_INITIALIZER

• Usa los atributos por default

Los programadores deben estar atentos a la condición y alcance (del mutex)

• Debe ser visible a los hilos

pthread_cond_t cond1 = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

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pthread_cond_wait

int pthread_cond_wait( cond, mutex );

pthread_cond_t *cond• Variable condición a esperar

pthread_mutex_t *mutex• Debe desbloquearse

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pthread_cond_wait Detalles

El hilo se bloquea esperando una señal en cond

El mutex se desbloquea

• Permite que otros hilos adquiran el lock

• Cuando llega una señal, el mutex será readquirido antes de salir del pthread_cond_wait

EINVAL EINVAL - cond o mutex inválido - cond o mutex inválidoEINVAL EINVAL - mutex diferentes para esperaas concurrentes - mutex diferentes para esperaas concurrentesEINVAL EINVAL - el hilo llamante no es dueño del mutex - el hilo llamante no es dueño del mutex

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pthread_cond_signal

int pthread_cond_signal( cond );

pthread_cond_t *cond• Variable condición a la que se le enviará la señal

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pthread_cond_signal Detalles

Envía una señal a una variable condición, desbloquea un hilo bloqueado

Si no hay hilos esperando, no se toma ninguna acción

• La señal no se guarda para futuros hilos

El hilo que envía la señal no requiere tener el mutex

• Puede ser más eficiente

• Puede haber problemas si se usan prioridades de hilos

EINVAL EINVAL - cond es inválida - cond es inválida

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pthread_cond_broadcast

int pthread_cond_broadcast( cond );

pthread_cond_t *cond• variable condición a recibir la señal

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pthread_cond_broadcast detalles

Desbloquea todos los hilos que están esperando una variable de condición

Si no hay hilos esperando, no se toma ninguna acción

• Broadcast no se almacena para hilos futuros

El hilo que envía la señal no necesita tener el mutex

EINVAL EINVAL - cond is inválida - cond is inválida

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Programando con hilos POSIX* Temas cubiertos

Como crear hilos que hagan trabajo encapsulado dentro de las funciones

Coordinar acceso compartido entre hilos para evitar condiciones de concurso

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