Читаем Linux API. Исчерпывающее руководство полностью

При описании типичной реализации данных уровня потока подразумевалось, что количество ключей для них, возможно, придется ограничить. Стандарт SUSv3 требует, чтобы программа поддерживала как минимум 128 ключей (константа _POSIX_THREAD_KEYS_MAX). Чтобы понять, сколько именно ключей поддерживается в текущей реализации, мы можем либо свериться с объявлением PTHREAD_KEYS_MAX (в заголовочном файле ), либо сделать вызов sysconf(_SC_THREAD_KEYS_MAX). В Linux количество ключей ограничено числом 1024.

Но даже 128 ключей должно быть более чем достаточно для большинства приложений. Дело в том, что любая библиотечная функция должна использовать небольшую часть от этого количества, обычно ограничиваясь всего одним ключом. Если функции понадобилось несколько значений уровня потока, их, как правило, можно легко поместить внутрь структуры и связать с ней только один ключ.

31.4. Локальное хранилище потока

По аналогии с данными уровня потока локальное хранилище потока предоставляет средство постоянного хранения информации. Это нестандартная концепция, но она реализована в похожем (или одном и том же) виде в других системах UNIX (таких как Solaris и FreeBSD).

Главное преимущество локального хранилища заключается в том, что его значительно проще использовать по сравнению с данными уровня потока. Чтобы сделать глобальную или статическую переменную локальной для каждого потока, нужно просто указать при ее объявлении спецификатор __thread:

static __thread buf[MAX_ERROR_LEN];

Каждый поток имеет свою собственную копию переменных, объявленных с этим спецификатором. Переменные в локальном хранилище существуют до тех пор, пока не завершится поток, который ими владеет — в этот момент хранилище автоматически утилизируется.

Стоит отметить следующие моменты касательно объявления и использования локальных переменных потока.

• Ключевое слово __thread должно быть указано сразу после ключевых слов static или extern, если какое-либо из них используется при объявлении.

• Объявление локальной переменной потока может содержать инициализатор — по аналогии с тем, как это делается в обычных глобальных или статических переменных.

• Оператор адреса в языке С (&) может использоваться для получения указателя на локальную переменную потока.

Локальное хранилище потока требует поддержки со стороны ядра (предоставляется, начиная с Linux 2.6), реализации Pthreads (предоставляется библиотекой NPTL) и компилятора языка С (на платформе x86-32 обеспечивается компилятором gcc версии 3.3 и выше).

Потокобезопасная реализация strerror() на основе локального хранилища потока показана в листинге 31.4. Если скомпилировать и скомпоновать нашу тестовую программу (см. листинг 31.2) с этой версией strerror(), чтобы получить исполняемый файл strerror_test_tls, при его запуске можно будет увидеть следующий результат:

$ ./strerror_test_tls

Main thread has called strerror()

Other thread about to call strerror()

Other thread: str (0x40376ab0) = Operation not permitted

Main thread: str (0x40175080) = Invalid argument

Листинг 31.4. Потокобезопасная реализация strerror() на основе локального хранилища потока

threads/strerror_tls.c

#define _GNU_SOURCE /* Получаем объявления '_sys_nerr'

и '_sys_errlist' из файла */

#include

#include  /* Получаем объявление strerror() */

#include

#define MAX_ERROR_LEN 256 /* Максимальная длина строки буфера уровня

потока, возвращаемого функцией strerror() */

static __thread char buf[MAX_ERROR_LEN];

/* Итоговый локальный буфер потока */

char *

strerror(int err)

{

if (err < 0 || err >= _sys_nerr || _sys_errlist[err] == NULL) {

snprintf(buf, MAX_ERROR_LEN, "Unknown error %d", err);

} else {

strncpy(buf, _sys_errlist[err], MAX_ERROR_LEN — 1);

buf[MAX_ERROR_LEN — 1] = '\0'; /* Завершаем строку символом '\0' */

}

return buf;

}

threads/strerror_tls.c

31.5. Резюме

Функция считается потокобезопасной, если ее можно безопасно вызывать одновременно из нескольких потоков. Чаще всего потоковая безопасность нарушается в результате задействования глобальных или статических переменных. Один из способов «обезопасить» функцию — защитить все ее вызовы с помощью мьютекса. Недостатком этого подхода является ухудшение параллелизма, потому что только один поток может выполнять функцию в любой заданный момент времени. Частично устранить эту проблему помогает использование мьютексов только на тех участках кода функции, которые работают с разделяемыми переменными (так называемые критические участки).