QNX环境下多线程编程（2） 服务器, 工作组, 多线程, 流水线, 客户端

yuyang911220

3.2多线程程序的基本结构
    多线程编程的结构有很多种，但基本的编程结构总结起来有三种：流水线结构、工作组结构、客户端/服务器结构。这三种结构可以以任意方式组合，来满足实际工程的需求。
    1) 流水线结构
    在流水线结构中，需要处理的“数据”串行地被一组线程顺序处理，每个线程依次在每个数据元素上执行一个特定的操作，完成操作后将结果传递给流水线中的下一个线程。如图1所示。

    2) 工作组结构
    在工作组结构中，数据有一组线程分别独立地处理，每个线程处理不同的部分。由于所有的工作线程在不同的数据部分上执行相同的操作，这种模式通常被称为SIMD（单指令多数据流）并行处理。但是工作组中的线程可以不使用SIMD模型，他们可以在不同的数据上执行不同的操作。工作组结构是多线程程序应用较多的一种结构。如图2所示
图2 工作组结构

    3) 客户端/服务器结构
    在客户/服务器结构中，客户请求服务器对一组数据执行某个操作。客户端独立地执行操作，而客户端或者等待服务器执行的结果，或者并行执行另外的任务，在后面需要时在查找结果。这种结构又是一种对某些公共资源同步管理的简单方式。如图3

    4 QNX Neutrino内核对于线程功能的扩展
    具有Neutrino内核的QNX6操作系统对线程的功能进行了扩展，提供了一些POSIX标准没有提供的功能。
    1）POSIX标准规定使用互斥体的线程必须在同一进程内，作为扩展QNX支持在不同进程中的线程使用互斥体。如果在两个进程间创建一块共享内存，并在内存中初始化一个互斥体，那么两个进程之间的线程可以用这个互斥体来进行同步操作，这是POSIX做不到的。
    2） QNX操作系统还提出了一种独特的“线程池”概念。当程序需要很多线程同时工作时，利用“线程池”可以将线程的个数限定在一定的范围内。“高水位”、“低水位”的概念分别对应着程序中的最大线程数和最小线程数。当程序中线程数目小于“低水位”时，“线程池”会自动创建新的线程进行工作，当线程数目大于“高水位”时，“线程池”会“清除”多于的线程，以防止溢出。这样程序将始终保持着一定数量的线程在工作，“线程池”特别适用客户端/服务器结构，可以很好地保护服务器的资源。QNX提供了专门的程序库来管理“线程池”头文件是,相应的API主要有：thread_pool_create()，用于建立一个线程池,thread_pool_destroy()程序运行结束后用它来清除线程池，thread_pool_start()用来启动一个线程池。
    5 QNX系统下实用编译方法
    笔者编制了QNX环境下的通用Makefile，用于编译多线程程序，当然也适用于单线程程序的编译，而这个Makefile稍加改动便可以用于LINUX/UNIX系统中，笔者在RedHat Linux7下试验通过。用法，首先将此Makefile 和所要编译的c/c++程序（支持多个c/c++程序）/头文件放置于一个目录中，在终端上键入make，此Makefile将自动把所有相关源代码连接编译成名为go的可执行文件，要运行编译好的程序，只需在终端上键入./go便可。在终端上键入make clean将把所有的编译产生的临时文件删除，只留下原始文件和make文件，在终端上键入make depend将检查文件的依赖性，源代码如下：
EXECUTABLE=go
LINKCC=$(CC)
#如果用于LINUX/UNIX系统，要求安装可移植线程库，并装入下列函数库
#LIBS=-lm –lpthread -lsocket
#如果用于QNX系统装入下面的函数库
LIBS=-lm –lsocket
#如果编译c++程序将下面gcc改为g++
CC=gcc
CFLAGS=-Wall -g
CXX=g++
CXXFLAGS=$(CFLAGS)
SRCS:=$(wildcard *.c) $(wildcard *.cc) $(wildcard *.C)
OBJS:=$(patsubst %.c,%.o,$(wildcard *.c))
$(patsubst %.cc,%.o,$(wildcard *.cc))
$(patsubst %.C,%.o,$(wildcard *.C))
DEPS:=$(patsubst %.o,%.d,$(OBJS))
all(EXECUTABLE)
$(EXECUTABLE)(DEPS) $(OBJS)
$(LINKCC) $(LDFLAGS) -o $(EXECUTABLE) $(OBJS) $(LIBS)
%.d:%.c
$(CC) -M $(CPPFLAGS) $< >$@
$(CC) -M $(CPPFLAGS) $< |sed s/.o/.d/>$@
%.d:%.cc
$(CXX) -M $(CPPFLAGS) $< >$@
$(CXX) -M $(CPPFLAGS) $< |sed s/.o/.d/>$@
%.d:%.C
$(CXX) -M $(CPPFLAGS) $< >$@
$(CXX) -M $(CPPFLAGS) $< |sed s/.o/.d/>$@
clean:
-rm $(OBJS) $(EXECUTABLE) $(DEPS)
# -rm   ./*.* 如果有一些临时的记录文件无法自动去掉加在这里
depend: $(DEPS)
@echo "Dependencies are now up-to-date."
    6 总结
    QNX实时操作系统的实时性很好，上下文切换时间、中断延时都非常微小，本身提供了对于多线程技术的强大支持，如果在QNX下使用多线程编程技术来解决大型并发多任务系统的控制调度，其优势是很大的，前景也是很广阔的。