может ли c / c ++ выполнять вытесняющую многозадачность в одном потоке?

Вытесняющая многозадачность в C / C ++: может ли выполняющийся поток прерываться каким-либо таймером и переключаться между задачами?

Многие виртуальные машины и среды выполнения на других языках, использующие «зеленые» потоки и тому подобное, реализованы в этих условиях; могут ли приложения C / C ++ делать то же самое?

Если да, то как?

Это будет зависеть от платформы, поэтому, пожалуйста, обсудите это с точки зрения поддержки конкретных платформ для этого; например если есть какая-то магия, которую вы можете сделать в SIGALRM обработчике в Linux, чтобы поменять местами какой-то внутренний стек (возможно, используя longjmp?), это было бы здорово!

Я спрашиваю, потому что мне любопытно.

Я несколько лет работал над созданием асинхронных циклов ввода-вывода. При написании асинхронных циклов ввода-вывода я должен быть очень осторожен, чтобы не помещать в цикл дорогостоящие вычисления, поскольку это приведет к DOS цикла.

Поэтому меня интересуют различные способы заставить асинхронный цикл ввода-вывода восстанавливать или даже полностью поддерживать какой-то зеленый поток или такой подход. Например, выборка активной задачи и количества итераций цикла в SIGALRM, а затем, если обнаруживается, что задача блокируется, переместите все остальное в новый поток или какой-нибудь хитрый вариант этого с желаемым результатом.

В связи с этим недавно были некоторые жалобы на node.js, и в других местах я видел дразнящие комментарии о других средах выполнения, таких как Go и Haskell < / а>. Но давайте не будем уходить слишком далеко от основного вопроса о том, можете ли вы выполнять вытесняющую многозадачность в одном потоке на C / C ++.


c c++ thread-safety green-threads
person Will    schedule 30.10.2011    source источник
comment
Как вы думаете, на каком языке обычно пишут виртуальные машины?   -  person Mat    schedule 30.10.2011
comment
В общем, это то, что делают будильники. Итак, если у вас есть будильники, вопрос сводится к тривиальному, не так ли?   -  person littleadv    schedule 30.10.2011
comment
да - такое поведение можно реализовать на C / C ++. Какой у вас конкретный вопрос? Что ты пробовал? Что не работает? пожалуйста, покажите какой-нибудь исходный код ...   -  person Yahia    schedule 30.10.2011
comment
так может ли сигнал тревоги изменить стек возврата? Как?   -  person Will    schedule 30.10.2011
comment
@will, alarm может изменить стек, если вы действительно хотите возиться (вам придется написать этот код), но обычно люди меняют изменчивую переменную и время от времени проверяют ее, принимая соответствующие решения.   -  person littleadv    schedule 30.10.2011
comment
изменение стека проблематично с точки зрения разрешений ... вы работаете как root?   -  person Yahia    schedule 30.10.2011
comment
littleadv, не могли бы вы подробнее рассказать, как выполнять упреждающую многозадачность? Проверка переменных - это определение совместной многозадачности.   -  person Will    schedule 30.10.2011
comment
@Will: вещь, на которой запущена ваша виртуальная машина (VirtualBox, qemu, что угодно), скорее всего, будет написана на C или C ++ или на том и другом. Ядро вашей операционной системы также, скорее всего, будет написано на C или C ++, или на том и другом.   -  person Mat    schedule 30.10.2011
comment
@Will - если вы хотите написать планировщик для своих потоков - вам нужно будет фактически сохранить и восстановить все регистры (включая счетчик процесса, путем перехода к адресу следующего запланированного потока) и stack, что, конечно, можно сделать с помощью сигналов тревоги, но, как уже упоминалось, у вас возникнет проблема с разрешениями. Зачем нужно изобретать велосипед? Я думаю, вам следует добавить к своему вопросу актуальную проблему, которую вы пытаетесь решить, иначе она должна (и, вероятно, будет) закрыта.   -  person littleadv    schedule 30.10.2011
comment
@Yahia представьте, что я работаю на win32 или iOS. Если на некоторых платформах возникают проблемы с разрешениями, опубликуйте ответ, в котором объясняется, как это можно сделать и какие разрешения необходимы на этой платформе ...   -  person Will    schedule 30.10.2011
comment
Я не понимаю, почему люди продолжают голосовать, чтобы закрыть это; самая первая версия вопроса была законным, полностью автономным вопросом, даже если люди хотят ответить «нет, вы не можете». Я не особо огорчен, но разочарован; кто-то может действительно знать, как это сделать, или иметь значимые идеи о том, как превратить голодные задачи в новый подход, который я описал, или другое нестандартное мышление.   -  person Will    schedule 30.10.2011
comment
@Will: Вопрос кажется разумным, особенно с точки зрения встроенной системы, где может потребоваться определенный уровень упреждающего задания, но не нужны накладные расходы на полноценную упреждающую ОС. В общем, я бы не одобрил доморощенные решения для упреждающей многозадачности в пользу комбинации прерываний и совместной многозадачности. Если переключение задач выполняется подпрограммой taskswitch (), которая вызывается как обычная функция, обычно требуется сохранить только те регистры, которые явно указаны в документации компилятора. Если переключение задач выполняется через прерывание ...   -  person supercat    schedule 01.11.2011
comment
... тогда нужно сохранить и восстановить любой регистр, который может быть использован где угодно. Если у конкретного процессора есть некоторые специальные регистры или флаги, о которых знает компилятор, а у автора многозадачности нет, одна задача может повредить регистры или флаги, используемые другим, поскольку многозадачник не будет знать, что нужно хранить отдельный копировать для каждого контекста. В некоторых встроенных системах ситуация может быть еще хуже, поскольку в некоторых микросхемах есть такие вещи, как блоки умножения-ускорителя, состояние которых не может быть адекватно считано и восстановлено.   -  person supercat    schedule 01.11.2011
comment
@supercat спасибо за мысль. Верно. В настоящее время я предпочитаю поток-наблюдатель, который, обнаружив, что цикл io слишком долго застревает в той же задаче на той же итерации, помещает цикл io в новый свежий поток и оставляет задачу еще некоторое время для изящного завершения. Он будет полагаться на сигналы и блокировки, но не будет необходимости изменять контекст или возвращать адреса от обработчика сигналов. Возможно, если вы проголосуете за повторное открытие, вы сможете добавить ответ? ;)   -  person Will    schedule 01.11.2011

Ответы (6)


arrow_upward
3
arrow_downward

В Windows есть волокна, которые представляют собой запланированные пользователем единицы выполнения, совместно использующие один и тот же поток. http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms682661%28v=vs.85%29.aspx.

UPD: дополнительную информацию о переключении контекста по расписанию можно найти в источниках LuaJIT, он поддерживает сопрограммы для разных платформ, поэтому просмотр источников может быть полезен, даже если вы вообще не используете lua. Вот краткое изложение: http://coco.luajit.org/portability.html,

person Denis K    schedule 30.10.2011
comment
так что кооперативная потоковая передача - мыслящие сопрограммы - и не вытесняющая, но все же интересная для обсуждения; Спасибо - person Will; 30.10.2011
comment
Извините, я пропустил упреждающий в вашем вопросе, насколько я знаю, нет простого способа контролировать волокна за пределами его хост-потока. - person Denis K; 30.10.2011

arrow_upward
3
arrow_downward

Насколько я понимаю, вы смешиваете вещи, которые обычно не смешиваются:

  • Асинхронные синглы
    Сигнал обычно доставляется программе (таким образом, в вашем описании один поток) в том же стеке, который в настоящее время запущен и запускает зарегистрированный обработчик сигнала ... в BSD unix есть возможность позволить обработчику запускаются в отдельном так называемом «стеке сигналов».

  • Потоки и стеки
    Возможность запускать поток в собственном стеке требует возможности выделять пространство стека, а также сохранять и восстанавливать информацию о состоянии (включая все регистры ...) - в противном случае чистый «переключатель контекста» между потоками / процессами и т.д. невозможно. Обычно это реализовано в ядре и очень часто с использованием некоторой формы ассемблера, поскольку это очень низкоуровневая и очень чувствительная ко времени операция.

  • Планировщик
    AFAIK каждая система, способная запускать потоки, имеет своего рода планировщик ... который в основном представляет собой фрагмент кода, работающий с наивысшими привилегиями. Часто он подписался на какой-то HW-сигнал (часы или что-то еще) и следит за тем, чтобы никакой другой код никогда не регистрировался напрямую (только косвенно) для того же сигнала. Таким образом, планировщик имеет возможность вытеснить что-либо в этой системе. Основная задача обычно состоит в том, чтобы дать потокам достаточно циклов ЦП на доступных ядрах для выполнения своей работы. Реализация обычно включает в себя какие-то очереди (часто более одной), обработку приоритетов и несколько других вещей. Потоки на стороне ядра обычно имеют более высокий приоритет, чем что-либо еще.

  • Современные процессоры
    На современных процессорах реализация довольно сложна, поскольку включает в себя работу с несколькими ядрами и даже с некоторыми «специальными потоками» (например, гиперпотоками) ... поскольку современные процессоры обычно имеют несколько уровней кеширования и т. Д., Очень важно, чтобы обработайте их соответствующим образом для достижения высокой производительности.

Все вышесказанное означает, что ваш поток может и, скорее всего, будет вытеснен ОС на регулярной основе.

В C вы можете зарегистрировать обработчики сигналов, которые, в свою очередь, вытесняют ваш поток в том же стеке ... ОСТОРОЖНО, что одиночные обработчики проблематичны при повторном вводе ... вы можете либо поместить обработку в обработчик сигнала, либо заполнить некоторую структуру (например, очередь ), и это содержимое очереди будет использовано вашим потоком ...

Что касается _1 _ / _ 2_, вы должны знать, что они подвержены ряду проблем при использовании с C ++.

Для Linux существует / был доступен «патч полного вытеснения», который позволяет вам указать планировщику запускать ваши потоки с даже более высоким приоритетом, чем получают поток ядра (дисковый ввод-вывод ...)!

Для некоторых ссылок см.

Чтобы увидеть фактическую реализацию планировщика и т. Д., Ознакомьтесь с кодом linux serouce по адресу https://kernel.org.

Поскольку ваш вопрос не очень конкретный, я не уверен, настоящий ли это ответ, но подозреваю, что в нем достаточно информации, чтобы вы начали.

ЗАМЕЧАНИЕ:

Я не уверен, почему вы можете захотеть реализовать что-то, что уже присутствует в ОС ... если это для более высокой производительности при некотором асинхронном вводе-выводе, тогда есть несколько вариантов с максимальной производительностью, обычно доступной на уровне ядра (например, написание ядра -mode code) ... возможно, вы сможете уточнить, чтобы был возможен более конкретный ответ.

person Yahia    schedule 30.10.2011

arrow_upward
2
arrow_downward

Библиотеки потоковой передачи пользовательского пространства обычно работают совместно (например, GNU pth, Statethreads SGI, ...). Если вам нужна приоритетность, вы должны перейти к потокам на уровне ядра.

Вы, вероятно, могли бы использовать getcontext()/setcontext()... из SIGALARM обработчика сигналов, но если это работает, в лучшем случае это будет беспорядочно. Я не вижу, какое преимущество имеет этот подход по сравнению с потоками ядра или вводом-выводом на основе событий: вы получаете всю недетерминированность вытеснения, и у вас нет вашей программы, разделенной на последовательные потоки управления.

person ninjalj    schedule 30.10.2011

arrow_upward
1
arrow_downward

Как отмечали другие, превентивное решение, вероятно, сделать не так просто.

Обычный образец для этого - использование совместных процедур.

Копроцедуры - очень хороший способ выразить конечные автоматы (например, парсеры текста, обработчики связи).

Вы можете «эмулировать» синтаксис сопроцедур с помощью небольшой магии макросов препроцессора.

Относительно оптимального планирования ввода / вывода

Вы можете взглянуть на Boost Asio: Шаблон проектирования Proactor: параллелизм без потоков

Asio также имеет модель «эмуляции» совместной процедуры, основанную на одном простом макросе препроцессора (IIRC) в сочетании с некоторыми хитроумно разработанными средствами шаблонов, которые очень близки к поддержке компилятором для _stack-less co процедур.

Пример HTTP-сервер 4 является примером этой техники.

Автор Boost Asio (Kohlhoff) объясняет механизм и образец на своем Блог здесь: подробное руководство по бесстековым сопрограммам

Обязательно поищите другие сообщения из этой серии!

person sehe    schedule 30.10.2011
comment
да, кооперативная многозадачность может застрять в некооперативной задаче. Следовательно, интересно, как вместо этого сделать упреждающее переключение задач, вместо того, чтобы просто сказать выборку текущей активной задачи и количество итераций цикла в обработчике сигнала, и если задача блокируется в течение некоторого времени, переместите ее в выделенный поток и позвольте ОС запланировать ее ... или что-то вроде того ;) - person Will; 30.10.2011

arrow_upward
0
arrow_downward

То, что вы спрашиваете, не имеет смысла. Чем бы ваша беседа была прервана ? Любой исполняемый код должен быть в потоке. И каждый поток в основном представляет собой последовательное выполнение кода. Чтобы поток был прерван, он должен быть чем-то прерван. Вы не можете просто случайным образом прыгать внутри существующего потока в ответ на прерывание. Тогда это уже не поток в обычном понимании.

Обычно вы делаете следующее:

  • либо у вас есть несколько потоков, и один из ваших потоков приостановлен до срабатывания сигнализации,
  • в качестве альтернативы у вас есть один поток, который работает в каком-то цикле событий, где он получает события от (среди других источников) ОС. Когда срабатывает сигнал тревоги, он отправляет сообщение в цикл событий вашего потока. Если ваш поток занят чем-то другим, он не сразу увидит это сообщение, но как только он вернется в цикл обработки событий и обработает события, он получит его и отреагирует.
person jalf    schedule 30.10.2011
comment
Разве поток не будет прерван операционной системой, например, сигналами тревоги или другими сигналами? - person dreamlax; 30.10.2011
comment
сигнализирует о работе posix, прерывая поток и заставляя его запускать обработчик; win32 также имеет базовую поддержку сигналов, но, как правило, только для аварийных сигналов, таких как завершение и т.п. - person Will; 30.10.2011
comment
@Will: но сигналы на самом деле не являются механизмом многозадачности, о чем вы и просили. Да, под вашим потоком работает ОС, которая может в любое время возиться с вашим потоком, но вытесняющая многозадачность, в значительной степени по определению, зависит от наличия нескольких потоков, работающих бок о бок (или кажущихся таковыми) - person jalf; 30.10.2011
comment
Вопрос - до того, как он был закрыт - был полон триггерных слов, таких как зеленые нити и сигналы. Он даже сказал, что это делают другие среды выполнения. Так что вопрос в этом контексте имеет смысл. Жаль, что закрыли. - person Will; 31.10.2011

arrow_upward
0
arrow_downward

Заголовок - это оксюморон, поток - это независимый путь выполнения, если у вас есть два таких пути, у вас есть более одного потока.

Вы можете сделать что-то вроде "бедняков" многозадачность с использованием setjmp / longjmp, но я бы не рекомендовал это, и это скорее кооперативный, чем упреждающий характер.

Ни C, ни C ++ по своей сути не поддерживают многопоточность, но существуют многочисленные библиотеки для ее поддержки, такие как собственные потоки Win32, pthreads (потоки POSIX), потоки ускорения, а такие фреймворки, как Qt и WxWidgets, также поддерживают потоки.

person Clifford    schedule 30.10.2011