Параллельное и распределенное программирование на С++

Описанные проблемы—это примеры условий «гонок», при которых несколько потоков (или процессов) пытаются одновременно модифицировать один и тот же блок общей памяти.

Если потоки или процессы одновременно лишь читают один и тот же блок памяти, условия «гонок» не возникают. Они возникают в случае, когда несколько процессов или потоков одновременно получают доступ к одному и тому же блоку памяти, и по крайней мере один из этих процессов или потоков делает попытку модифицировать данные. Раздел кода становится критическим, когда он делает возможными одновременные попытки изменить один и тот же блок памяти. Один из способов защитить к ритический раздел — разрешить только монопольный доступ к блоку памяти. Монопольный доступ означает, что к разделяемому блоку памяти будет иметь доступ один процесс или поток в течении короткого промежутка времени, при этом всем остальным процессам или потокам запрещено (путем блокировки) входить в свои критические разделы, которые обеспечивают доступ к тому же самому блоку памяти.

Для управления условиями «гонок» можно использовать такой механизм блокировки, как взаимо - исключающий семафор , или мьютекс (mutex— сокращение от «mutual exclusion», - взаимное исключение). Мьютекс используется для блокирования критического раздела: он блокируется до входа в критический раздел, а при выходе из него - деблокируется:

Блокирование мьютекса
	// Вход в критический раздел.
	// Доступ к разделяемой модифицируемой памяти.
	// Выход из критического раздела.
Деблокирование мьютекса

Класс pthread_mutex_t позволяет смоделировать мьютексный объект. Прежде, чем объект типа pthread_mutex_t можно будет использовать, его необходимо инициализировать. Для инициализации мьютекса используется функция pthread_mutex_init(). Инициализированный мьютекс можно заблокировать деблокировать и разрушить с помощью функций pthread_mutex_lock(), pthread_mutex_unlock () и pthread_mutex_destroy () соответственно. В программе 4.5 содержится функция, которая выполняет поиск текстовых файлов, а в программе 4.6 — функция, которая просматривает каждый текстовый файл на предмет содержания в нем заданных ключевых слов. Каждая функция выполняется потоком. Основной поток реализован в программе 4.7. Эти программы реализуют модель «изготовитель- потребитель» для делегирования задач потокам. Программа4.5 содержит поток-«изготовитель», а программа 4.6 — поток-«потребитель». Критические разделы выделены в них полужирным шрифтом.

// Программа 4.5

1 int isDirectory(string FileName)
 2 {
 3   struct stat StatBuffer;
 4
 5   lstat(FileName.c_str(),&StatBuffer);
 6   if((StatBuffer.st_mode & S_IFDIR) == -1)
 7   {
 8      cout << «could not get stats on file» << endl;
 9      return(0);
10   }
11   else{
12          if(StatBuffer.st_mode & S_IFDIR){
13             return(1);
14         }
15   }
16   return(0);
17 }
18
19
20 int isRegular(string FileName)
21 {
22   struct stat StatBuffer;
23
24   lstat(FileName.c_str(),&StatBuffer);
25   if((StatBuffer.st_mode & S_IFDIR) == -1)
26   {
27      cout << «could not get stats on file» << endl;
28      return(0);
29   }
30   else{
31          if(StatBuffer.st_mode & S_IFREG){
32             return(1);
33          }
34   }
35   return(0);
36 }
37
38
39 void depthFirstTraversal(const char *CurrentDir)
40 {
41   DIR *DirP;
42   string Temp;
43   string FileName;
44   struct dirent *EntryP;
45   chdir(CurrentDir);
46   cout << «Searching Directory: ' << CurrentDir << endl;
47   DirP = opendir(CurrentDir);
48
49   if(DirP == NULL){
50      cout << «could not open file» << endl;
51      return;
52   }
53   EntryP = readdir(DirP);
54   while(EntryP != NULL)
55   {
56      Temp.erase();
57      FileName.erase();
58      Temp = EntryP->d_name;
59      if((Temp != '.») && (Temp != '..»)){
60         FileName.assign(CurrentDir);
61         FileName.append(1,'/');
62         FileName.append(EntryP->d_name);
63         if(isDirectory(FileName)){
64            string NewDirectory;
65            NewDirectory = FileName;