Параллельное программирование на С++ в действии

Почему мы прерываем все потоки до того, как начинать ждать их завершения? Почем нельзя прервать один поток, дождаться его, потом прервать следующий и так далее? Все из-за параллелизма. Поток не завершается сразу после прерывания, так как должен добраться до очередной точки прерывания, а затем, перед выходом, выполнить все деструкторы и код обработки исключений. Если главный поток будет присоединять прерванные потоки сразу после прерывания, то ему придётся ждать, хотя в это время он мог бы делать полезную работу — прерывать другие потоки. Поэтому мы поступаем по-другому — начинаем ждать только тогда, когда больше никакой работы не осталось (все потоки уже прерваны). Заодно это позволяет прерываемым потокам обрабатывать прерывания параллельно, так что общее время завершения, возможно, уменьшится.

Описанный механизм прерывания легко развить, добавив дополнительные прерываемые вызовы или запретив прерывания на определенном участке кода, но это я оставляю читателю в качестве упражнения.

9.3. Резюме

В этой главе мы рассмотрели «продвинутые» способы управления потоками: пулы и прерывание потоков. Мы видели, как использование локальных очередей работ и занимания работ может снизить накладные расходы на синхронизацию и потенциально увеличить пропускную способность пула потоков. Кроме того, мы поняли, что выполнение других выбранных из очереди задач во время ожидания завершения подзадачи устраняет возможность взаимоблокировки.

Мы также познакомились с различными способами прерывания одного потока другим, в частности, с точками прерывания и функциями, которые допускают прерывание во время блокирующего ожидания.

Глава 10. Тестирование и отладка многопоточных приложений

В этой главе:

■ Ошибки, связанные с параллелизмом.

■ Поиск ошибок путем тестирования и анализа кода коллегами.

■ Разработка тестов для многопоточных приложений.

■ Тестирование производительности многопоточных приложений.

До сих пор мы занимались главным образом написанием параллельного кода — описанием имеющихся средств и порядка пользования ими и изучением общей структуры кода. Но у разработки ПО есть не менее важная сторона, о которой я еще не упоминал: тестирование и отладка. Если вы надеетесь найти в этой главе простой рецепт тестирования параллельного кода, то будете жестоко разочарованы. Тестировать и отлаживать параллельные программы трудно. Но я все же расскажу о некоторых приёмах, облегчающих эту задачу, а также сформулирую вопросы, над которыми стоит задуматься.

Тестирование и отладка — две стороны одной медали. Вы прогоняете тесты, чтобы найти в программе ошибки, и отлаживаетесь, чтобы эти ошибки устранить. Если повезёт, то придётся устранять только ошибки, найденные вашими собственными тестами, а не конечными пользователями. Но прежде чем приступать непосредственно к вопросам тестирования и отладки, важно понять, какие вообще могут возникать проблемы.

10.1. Типы ошибок, связанных с параллелизмом

В параллельной программе могут быть любые ошибки, в этом отношении она не представляет собой ничего особенного. Однако есть ряд ошибок, непосредственно связанных с параллелизмом, и вот они-то будут нам особенно интересны. Как правило, эти ошибки попадают в одну из двух категорий:

• нежелательное блокирование;

• состояния гонки.

Эти категории очень общие, поэтому давайте немного уточним их. Сначала рассмотрим нежелательное блокирование.

10.1.1. Нежелательное блокирование

Что я понимаю под нежелательным блокированием? Прежде всего, поток считается заблокированным, если он не может продолжать выполнение, так как чего-то ждет. Это что-то может быть мьютексом, условной переменной, будущим результатом или завершением ввода/вывода. Это естественный, но не всегда приветствуемый аспект многопоточного кода, потому мы и говорим о проблеме нежелательного блокирования. Тогда возникает следующий вопрос: почему блокирование нежелательно? Обычно потому, что какой-то другой поток ждет результатов от заблокированного потока, чтобы выполнить некоторую операцию. И, значит, этот поток также оказывается заблокированным. На эту тему есть различные вариации.