Чтобы избежать этой проблемы, необходимо одновременно захватить и флаг, и сигнальную переменную с помощью исключающего семафора. К счастью, в Linux это предусмотрено. Любая сигнальная переменная должна использоваться совместно с исключающим семафором для предотвращения состояния гонки. Наша потоковая функция должна следовать такому алгоритму:
■ В цикле необходимо захватить исключающий семафор и прочитать значение флага.
■ Если флаг установлен, нужно разблокировать семафор и выполнить требуемые действия.
■ Если флаг не установлен, одновременно выполняются операции освобождения семафора и перехода в режим ожидания сигнала.
Вся суть заключена в третьем этапе, на котором Linux позволяет выполнить атомарную операцию освобождения исключающего семафора и перехода в режим ожидания сигнала. Вмешательство других потоков при этом не допускается.
Сигнальная переменная имеет тип pthread_cond_t. Не забывайте о том, что каждой такой переменной должен быть сопоставлен исключающий семафор. Ниже перечислены функции, предназначенные для работы с сигнальными переменными.
■ Функция pthread_cond_init() инициализирует сигнальную переменную. Первый ее аргумент — это указатель на объект типа pthread_cond_t. Второй аргумент (указатель на объект атрибутов сигнальной переменной) игнорируется в Linux. Исключающий семафор должен инициализироваться отдельно, как описывалось в разделе 4.4.2, "Исключающие семафоры".
■ Функция pthread_cond_signal() сигнализирует об изменении переменной. При этом разблокируется один из потоков, находящийся в ожидании сигнала. Если таких потоков нет, сигнал игнорируется. Аргументом функции является указатель на объект типа pthread_cond_t.
Похожая функция pthread_cond_broadcast() разблокирует все потоки, ожидающие данного сигнала.
■ Функция pthread_cond_wait() блокирует вызывающий ее поток до тех пор, пока не будет получен сигнал об изменении заданной переменной. Первым ее аргументом является указатель на объект типа pthread_cond_t. Второй аргумент — это указатель на объект исключающего семафора (тип pthread_mutex_t).
В момент вызова функции pthread_cond_wait() исключающий семафор уже должен быть захвачен вызывающим потоком. Функция в рамках единой "транзакции" освобождает семафор и блокирует поток в ожидании сигнала. Когда поступает сигнал, функция разблокирует поток и автоматически захватывает семафор.
Перечисленные ниже этапы должны выполняться всякий раз, когда программа тем или иным способом меняет результат проверки условия, контролируемого сигнальной переменной (в нашей программе условие — это значение флага):
1. Захватить исключающий семафор, дополняющий сигнальную переменную.
2. Выполнить действие, включающее изменение результата проверки условия (в нашем случае — установить флаг).
3. Послать сигнал (возможно, широковещательный) об изменении условия.
4. Освободить исключающий семафор.
В листинге 4.14 показана измененная версия предыдущего примера, в которой на этот раз флаг защищается сигнальной переменной. Обратите внимание на то, что в функции thread_function() исключающий семафор захватывается до того, как будет проверено значение переменной thread_flag. Захват автоматически снимается функцией pthread_cond_wait() перед тем, как поток оказывается заблокированным, и также автоматически восстанавливается по завершении функции:
#include <pthread.h>
int thread_flag;
pthread_cond_t thread_flag_cv;
pthread_mutex_t thread_flag_mutex;
void initialize_flag() {
/* Инициализация исключающего семафора и сигнальной
переменной. */
pthread_mutex_init(&thread_flag_mutex, NULL);
pthread_cond_init(&thread_flag_cv, NULL);
/* Инициализация флага. */
thread_flag = 0;
}
/* Если флаг установлен, многократно вызывается функция
do_work(). В противном случае поток блокируется. */
void* thread_function(void* thread_arg) {