1 / 51

Thực hành Unix, Linux (3) Ngô Thanh Nguyên Bộ môn Hệ thống và Mạng máy tính

Thực hành Unix, Linux (3) Ngô Thanh Nguyên Bộ môn Hệ thống và Mạng máy tính Khoa Khoa học và kỹ thuật máy tính Email: ntnguyen@cse.hcmut.edu.vn. Lập trình trên Linux. Lập trình IPC dùng shared memory Cơ bản về lập trình POSIX pthread

umed
Download Presentation

Thực hành Unix, Linux (3) Ngô Thanh Nguyên Bộ môn Hệ thống và Mạng máy tính

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Thực hành Unix, Linux (3) Ngô Thanh Nguyên Bộ môn Hệ thống và Mạng máy tính Khoa Khoa học và kỹ thuật máy tính Email: ntnguyen@cse.hcmut.edu.vn Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  2. Lập trình trên Linux • Lập trình IPC dùng shared memory • Cơ bản vềlập trình POSIX pthread • Giải quyết tranh chấp trên POSIX thread Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  3. Lập trình trên Linux • Lậptrình IPC dùng shared memory • Cơ bản vềlập trình POSIX pthread • Giải quyết tranh chấp trên POSIX thread Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  4. Giao tiếp và đồng bộ Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  5. Shared memory Process 1 Process 1 xy Process 2 Process 2 xy xy Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  6. Shared memory • Cóthểtheodõitrạngtháibằnglệnhipcs, ipcs -a, ipcs -m • Loại bỏmột shared memory bằnglệnhipcrmshmshm_id,ipcrm -mshm_id $ipcs ------Shared Memory Segments -------- key shmid owner perms bytes nattch status 0x00000000 65536 root 644 110592 11 dest ------Semaphore Arrays -------- key semid owner perms nsems status ------Message Queues -------- key msqid owner perms used-bytes messages Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  7. Shared memory • Cho phép nhiều process dùng chung một vùng bộnhớ • Kích thước tối thiểu/tối đa của vùng là1byte/4MB • Sốvùng nhớchia sẻtối đa trong toàn hệthống: 4096 • Cách sử dụng • Vùng nhớchia sẻphải được tạo ra trước • Process phải gắn vùng nhớchia sẻvào không gian địa chỉcủa mình trước khi sửdụng. • Sau khi dùng xong cóthểgỡvùng nhớchia sẻra khỏi không gian địa chỉcủa process Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  8. Thaotácvới shared memory • Tạo shared memory shmget() • Lấy hoặc thay đổi thuộc tính của shared memory shmctl() • Gắn shared memory vào address space của process shmat() • Gỡshared memory khỏi không gian địa chỉcủa process shmdt() Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  9. Hàm shmget() • Tạomột shared memory #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> intshmget(key_tkey,intsize,intshmflg); • key: key tươngứngvới shared memory • size: kích thước (tính theo đơn vịbyte) • shmflg: tương tự nhưsemflgcủasemget(), nhưng không cóIPC_EXCL • Vídụ shm_id = shmget(123, 4096, IPC_CREAT | 0660) Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  10. Hàm shmat() • Gắn shared memory vào address space của process #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> void *shmat(int shmid, void *shmaddr, int shmflg); • shmid: shared memory ID trả về từ hàm shmget() • shmaddr: địa chỉ nơi gắn vùng nhớchia sẻ • shmflg: SHM_RDONLY (read-only) hoặc 0 Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  11. Hàm shmdt() • Gỡshared memory khỏi không gian địa chỉcủa process #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> int shmdt(void *shmaddr); • shmaddr:địa chỉ nơi gắn vùng nhớchia sẻ (chính làkết quảtrảvềtừhàmshmat()) Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  12. Hàm shmctl() • Lấy thông tin và thay đổi thuộc tính #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> int shmctl(int shmid, int cmd, structshmid_ds *buf); • shmid: shared memory ID trả về từ hàm shmget(). • cmd: IPC_STAT, IPC_SET and IPC_RMID Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  13. Ví dụ • Tạo shared memory 128 bytes • Hai process dùng chung shared memory • Process thứ nhất ghi 2 integer vào shared memory • Process thứ hai đọc từshared meomory vàghi tổng hai sốvào shared memory • Process thứnhất đọc tổng vàhiển thịra Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  14. Ví dụ (shm.c) int main() { int *shm, shmid, k; shmid = shmget(IPC_PRIVATE,128,IPC_CREAT|0666); shm = (int*) shmat(shmid,0,0); if(fork()==0) { /*child*/ shm[0]=111; shm[1]=999; sleep(3); pintf("Process %d reads: Sum = %d", getpid(),shm[2]); shmdt((void *)shm); shmctl(shmid, IPC_RMID, (structshmid_ds *)0); Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  15. Ví dụ (shm.c) } else { /*parent*/ sleep(1); printf("Process %d writes to shared memory ...\n", getpid()); shm[2]=shm[0]+shm[1]; shmdt((void *)shm); } return(0); } Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  16. Lập trình trên Linux • Lậptrình IPC dùng shared memory • Cơ bản vềlập trình POSIX pthread • Giải quyết tranh chấp trên POSIX thread Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  17. Giới thiệu về thread Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  18. Giới thiệu về thread CODE CODE DATA DATA STACK STACK STACK STACK Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  19. Các chuẩn về thread • POSIX (Portable Operating System Interface) thread hay còn gọi là IEEE 1003.1, 1003.1c • phổ biến trong các hệ thống *NIX hiện tại • đặc tảcác giao diện lập trình API và thư viện user-level thread • Sun Thread Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  20. Lập trình POSIX thread • Khởitạo thread mới #include <pthread.h> intpthread_create( pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg); • Kếtquảtrảvề • 0: Thànhcông, tạo thread mới, thamsốthreadchứa thread ID • <>0: Thấtbại (mãlỗitrảvềchứatrongbiếnngoàierrno) Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  21. Lập trình POSIX thread • Lưu ý vềtham sốthứ3 start_routine • nên có kiểu trả về là con trỏ kiểu void, nếu không thì phải có type casting khi gọi pthread_create(). • nên cómột tham sốkiểu con trỏvoid. Tham sốcủa hàm start_routinesẽ được truyền vào thông qua tham sốthứ4 của hàm pthread_create(). • Lưu ý vềtham sốthứ4 arg • là tham số truyền vào cho hàm start_routine • nếu cần truyền nhiều hơn 1 tham sốthì nên định nghĩa arglàkiểu cấu trúc struct Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  22. Lập trình POSIX thread • Thread kết thúc thực thi khi • hàm start_routine kết thúc • cólời gọi hàm pthread_exit()tường minh. • thread bị ngắt bởi lời gọi hàm pthread_cancel() • process chính kết thúc • một trong các thread gọi system call exec() • Lời gọi hàm kết thúc thread tường minh void pthread_exit(void * retval); Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  23. Ví dụ pthcreate.c #include <pthread.h> #include <stdio.h> void* func(void* arg) { inti; for (i = 0; i < 2; i++) { printf ("This is thread %d\n", *((int*)arg)); sleep (1); } } Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  24. Ví dụ (tt) int main (int argc, char **argv) { int i; pthread_t tid[3]; for (i=0; i<3; i++){ pthread_create(&tid[i], NULL, func, (void*)&tid[i]); } sleep (5); return 0; } Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  25. Ví dụ (tt) • Biên dịch và thực thi $gcc pthcreate.c -o pthcreate -lpthread $./pthcreate This is thread -1208886368 This is thread -1219376224 This is thread -1229866080 This is thread -1208886368 This is thread -1219376224 This is thread -1229866080 Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  26. Các hàm lập trình khác • PTHREAD_JOIN #include <pthread.h> int pthread_join(pthread_t th, void **thread_return); Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  27. Ví dụ pthjoin.c #include <pthread.h> #include <stdio.h> void* func(void* arg) { inti; for (i = 0; i < 2; i++) { printf("This is thread %d\n", *((int*)arg)); sleep(1); } } Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  28. Ví dụ (tt) int main(int argc, char **argv) { int i; pthread_t tid[3]; for (i=0; i<3; i++){ pthread_create(&tid[i], NULL, func, (void*)&tid[i]); pthread_join(tid[i], NULL); } return 0; } Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  29. Ví dụ (tt) • Biên dịch và thực thi $gcc pthjoin.c -o pthjoin -lpthread $./pthjoin This is thread -1208710240 This is thread -1208710240 This is thread -1208710240 This is thread -1208710240 This is thread -1208710240 This is thread -1208710240 Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  30. Truyền dữ liệu cho thread charprint.c #include <pthread.h> #include <stdio.h> struct char_print_parms { char character; int count; }; Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  31. Truyềndữliệucho thread (2) void* char_print (void* args) { struct char_print_parms* p = (struct char_print_parms*) args; int i; for (i=0; i<p->count; i++) printf ("%c\n", p->character); return NULL; } Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  32. Truyềndữliệucho thread (3) int main () { pthread_t tid; struct char_print_parms th_args; th_args.character = 'X'; th_args.count = 5; pthread_create(&tid,NULL,&char_print, &th_args); pthread_join (tid, NULL); return 0; } Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  33. Truyềndữliệucho thread (4) • Biên dịch và thực thi $gcc charprint.c -o charprint -lpthread $./pthjoin X X X X X Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  34. Lập trình trên Linux • Lập trình IPC dùng shared memory • Cơ bản vềlập trình POSIX pthread • Giải quyết tranh chấp trên POSIX thread • MUTEX • Conditional variable • POSIX semaphore Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  35. MUTEX • Tương tựsemaphore, MUTEX cung cấp cách thức loại trừ tương hỗ(mutual exclusion) giữa các pthread Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  36. Sử dụng MUTEX #include <pthread.h> pthread_mutex_t mutex; mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; mutex=PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP; int pthread_mutex_init( pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr); Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  37. MUTEX Attribute #include <pthread.h> intpthread_mutexattr_init( pthread_mutexattr_t *attr); typedef struct { int __mutexkind; } pthread_mutexattr_t; • Các giátrịcóthểcócủa__mutexkindvà ý nghĩa • PTHREAD_MUTEX_FAST • PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE • PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  38. Đồng bộ pthread int pthread_mutex_lock( pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_unlock( pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_destroy( pthread_mutex_t *mutex); Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  39. Ví dụ mutex.c #include <pthread.h> pthread_mutex_t mutex; int count; void* func(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex); printf("This is thread %d\n“,*(int*)arg); printf("count = %d\n", count++); sleep(1); pthread_mutex_unlock(&mutex); } Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  40. Ví dụ (2) int main(int argc, char **argv) { int i; pthread_t tid[5]; count=0; pthread_mutex_init(&mutex, NULL); for (i=0; i<5; i++) pthread_create(&tid[i], NULL, func, (void*)&tid[i]); for(i=0; i<5; i++) pthread_join(tid[i], NULL); return 0; } Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  41. Ví dụ (3) • Biên dịch và thực thi $gcc mutex.c -o mutex -lpthread $./mutex This is thread -1250002016 count = 0 This is thread -1208042592 count = 1 This is thread -1218532448 count = 2 Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  42. Conditional variable • Hoạt động theo cơ chếwait-signal, cho phép một hoặc nhiều thread chờmột sựkiện nào đóphát sinh, khi cósựkiện thìcác thread đang chờsẽ được kích hoạt đểthực thi • Phải dùng kèm với mutex Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  43. Conditional variable • Khai báo vàkhởi động #include <pthread.h> pthread_cond_t dk; dk = PTHREAD_COND_INITIALIZER; int pthread_cond_init( pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr); Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  44. Conditional variable • Thao tác #include <pthread.h> int pthread_cond_signal( pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_broadcast( pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_destroy( pthread_cond_t *cond); Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  45. Conditional variable • Thao tác #include <pthread.h> int pthread_cond_wait( pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex); int pthread_cond_timedwait( pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime); Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  46. Ví dụ cond.c #include <pthread.h> #include <stdio.h> int count = 0; pthread_mutex_t mutex; pthread_cond_t cond; Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  47. Ví dụ (2) void *func(void *arg) { int i; int tnum=*(int*)arg; for (i=0; i<tnum; i++) { pthread_mutex_lock(&mutex); printf("%d %d Holding mutex\n",tnum,i); if (++count==3) { pthread_cond_signal(&cond); printf("%d Signal raised.\n",tnum); } Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  48. Ví dụ (3) if (count==1) { printf("%d Waiting signal...\n",tnum); pthread_cond_wait(&cond, &mutex); printf("%d Signal received.\n",tnum); } printf("%d %d Released mutex.\n",tnum,i); pthread_mutex_unlock(&mutex); sleep(1); } } Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  49. Ví dụ (4) int main (int argc, char *argv[]) { int i, tnum[2]={1,2}; pthread_t tid[2]; pthread_mutex_init(&mutex, NULL); pthread_cond_init(&cond, NULL); for (i=0; i<2; i++) pthread_create(&tid[i],NULL,func,(void*)&tnum[i]); for (i=0; i<2; i++) pthread_join(tid[i], NULL); pthread_mutex_destroy(&mutex); pthread_cond_destroy(&cond); return 0; } Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

  50. Ví dụ (5) $gcc cond.c –o cond -lpthread $./cond 1 0 Holding mutex 1 Waiting signal... 2 0 Holding mutex 2 0 Released mutex. 2 1 Holding mutex 2 Signal raised. 2 1 Released mutex. 1 Signal received. 1 0 Released mutex. Khoa KH&KTMT - Đại học Bách Khoa Tp. HCM

More Related