1/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Vláknové programování
část XII
Lukáš Hejmánek, Petr Holub
{xhejtman,hopet}@ics.muni.cz
Laboratoř pokročilých síťových technologií
PV192
2011–05–12
2/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Přehled přednášky
Vlákna a GUI
Futures & TPE v C++
Vlákna a JNI
Systémy real-time
Ostatní
3/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Vlákna a GUI
GUI jsou obecně řízená událostmi
◾ asynchronní vznik události
◾ obvykle se jedno vlákno stará o obsluhu událostí – “event loop”
Problémy událostmi řízeného modelu GUI
◾ problém předávání změn z jiných vláken
◾ problém s dlouho běžícími úlohami obsluhujícími událost
4/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Vlákna a GUI
Možnosti synchronizace mezi vlákny a GUI
1. thread-safe/multi-thread GUI
nepoužívá se
Graham Hamilton: Multithreaded toolkits: A failed dream?
http://weblogs.java.net/blog/kgh/archive/2004/10/multithreaded_t.html
2. explicitní zamykání
např. Gtk s použitím Gdk zámků
3. předávání práce GUI vláknu
Java SWING, QT, GtkAda Contributions
5/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Explicitní zamykání s GUI
6/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Explicitní zamykání s GUI
Strategie
1. před startem GUI inicializuji zamykání
2. před startem smyčky obsluhy událostí získám zámek
3. smyčka obsluhy událostí zámek periodicky pouští
4. jiné vlákno, pokud chce kreslit, musí získat zámek a po dokončení jej
pustit
Problémy
◾ ověření, že při všech aktualizacích GUI získávám zámek
◾ ověření, že po všech aktualizacích GUI pouštím zámek
◾ ověření, že u callbacků nezískávám a nepouštím zámky
7/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda
Ada binding pro Gtk+, Glib a Gdk
◾ prakticky kompletní wrapper z pohledu Gtk+
◾ může spolupracovat s tasky
◾ 2.14 stabilní, 2.18 v CVS
Dostupné pro Windows, Linux, MacOS X
http://libre.adacore.com/libre/tools/gtkada/
8/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda
Inicializace
Vytvoření smyčky událostí
◾ držení zámku v době startu
1 Gtk.Main.Set_Locale;
Gdk.Threads.G_Init;
3 Gdk.Threads.Init;
Gtk.Main.Init;
5 Init_GUI;
Gdk.Threads.Enter;
7 Gtk.Main.Main;
Gdk.Threads.Leave;
9 return;
9/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda
Modifikace z jiného vlákna
Zámek pro modifikace
task body Counter is
2 begin
Main_Loop :
4 loop
Counter_Monitor.Wait_For_Start;
6 -- because the main thread is waiting for us on termination
-- we can touch Gtk objects until we signal termination; beware of ogr
8 -- more appropriate is exiting early
exit Main_Loop when Counter_Monitor.Check_If_Quit;
10 Gdk.Threads.Enter;
-- Ada95 syntax
12 Gtk.Button.Set_Label (Global_Window.all.Run_Button, -" Stop ");
Gdk.Threads.Leave;
14 Counter_Loop :
for I in 0 .. 1000 loop
16 exit Main_Loop when Counter_Monitor.Check_If_Quit;
if Counter_Monitor.Check_If_Stop then
18 exit Counter_Loop;
end if;
20 Gdk.Threads.Enter;
Gtk.Label.Set_Label (Global_Window.all.Counter_Label, -(Integer’Imag
22 Gdk.Threads.Leave;
delay 1.0;
24 end loop Counter_Loop;
10/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda
Modifikace z jiného vlákna
Zámek pro modifikace
Gdk.Threads.Enter;
2 -- Ada2005 extended syntax
Global_Window.all.Run_Button.all.Set_Label (-" Run ");
4 Counter_Monitor.Finished;
Global_Window.all.Run_Button.all.Set_Sensitive (True);
6 Gdk.Threads.Leave;
end loop Main_Loop;
8 Counter_Monitor.Finished;
end Counter;
11/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda
Callbacky
procedure Quit is
2 begin
Counter_Monitor.Quit;
4 -- BEWARE OF OGRES! May deadlock if lock is not given up!
Gdk.Threads.Leave;
6 Counter_Monitor.Wait_Until_Finished;
Gdk.Threads.Enter;
8 Destroy (Global_Window);
Gtk.Main.Main_Quit;
10 end Quit;
12 procedure On_Quit_Button_Clicked
(Button : access Gtk.Button.Gtk_Button_Record’Class)
14 is
begin
16 pragma Unreferenced (Button);
Quit;
18 end On_Quit_Button_Clicked;
12/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda
Callbacky
1 procedure On_Run_Button_Clicked
(Button : access Gtk.Button.Gtk_Button_Record’Class)
3 is
begin
5 if Counter_Monitor.Check_If_Running then
Button.all.Set_Sensitive (False);
7 Counter_Monitor.Stop;
else
9 Counter_Monitor.Start;
end if;
11 end On_Run_Button_Clicked;
13/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda
Callbacky
1 Button_Callback.Connect
(Global_Window.all.Quit_Button,
3 "clicked",
Button_Callback.To_Marshaller (On_Quit_Button_Clicked’Access),
5 False);
-- XXX: window delete event should be also handled, but for simplicity
7 -- reasons, it is ommitted.
9 Button_Callback.Connect
(Global_Window.all.Run_Button,
11 "clicked",
Button_Callback.To_Marshaller (On_Run_Button_Clicked’Access),
13 False);
14/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda
Synchronizace mezi GUI vláknem a počítacím vláknem
protected Counter_Monitor is
2 procedure Start;
entry Wait_For_Start;
4 procedure Stop;
function Check_If_Stop return Boolean;
6 procedure Quit;
function Check_If_Quit return Boolean;
8 procedure Finished;
function Check_If_Running return Boolean;
10 entry Wait_Until_Finished;
private
12 Should_Start : Boolean := False;
Should_Stop : Boolean := False;
14 Should_Quit : Boolean := False;
Is_Running : Boolean := False;
16 end Counter_Monitor;
15/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda
Synchronizace mezi GUI vláknem a počítacím vláknem
1 protected body Counter_Monitor is
procedure Start is
3 begin
Should_Start := True;
5 end Start;
7 entry Wait_For_Start
when Should_Start or Should_Quit is
9 begin
Should_Start := False;
11 Should_Stop := False;
-- don’t touch Should_Quit, so that it’s persistant
13 Is_Running := True;
end Wait_For_Start;
16/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Gtk
http://www.gnu.org/software/guile-gnome/docs/gdk/
html/Threads.html
17/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Asynchronní předávání do GUI
18/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Asynchronní předávání do GUI
Strategie
1. vytvoříme smyčku obsluhy událostí GUI, která volá přímo jednotlivé
callbacky
2. vlákno, které chce aktualizovat GUI předá práci GUI smyčce
3. do vlákna zpracovávajícího události můžeme zasílat blokujícím
(Request) nebo neblokujícím (Send) způsobem
Problémy
◾ ověření, že při všech aktualizacích GUI používáme předání práce GUI
vláknu
19/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda a Gtk.Main.Router
GtkAda Contributions:
http://www.dmitry-kazakov.de/ada/gtkada_
contributions.htm
Inicializace
Vytvoření smyčky událostí
◾ není třeba podpora vláken z Gdk
Gtk.Main.Set_Locale;
2 Gtk.Main.Init;
Gtk.Main.Router.Init;
4 Init_GUI;
Gtk.Main.Main;
6 return;
20/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda a Gtk.Main.Router
Zasílání z vlákna o smyčky událostí
1 task body Counter is
begin
3 Main_Loop :
loop
5 Counter_Monitor.Wait_For_Start;
-- if we don’t exit here when appropriate, the application would
7 -- deadlock: the GUI task callback is waiting for us while we’re
-- synchronously calling modification of the GUI
9 exit Main_Loop when Counter_Monitor.Check_If_Quit;
Gtk.Main.Router.Request (+Update_GUI_Button_Start’Access);
11 Counter_Loop :
for I in 0 .. 1000 loop
13 exit Main_Loop when Counter_Monitor.Check_If_Quit;
if Counter_Monitor.Check_If_Stop then
15 exit Counter_Loop;
end if;
21/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda a Gtk.Main.Router
Zasílání z vlákna o smyčky událostí
declare
2 Label : aliased Unbounded_String := To_Unbounded_String (Integer’
begin
4 Update_GUI_Label_Callback.Request (Update_GUI_Label’Access, Label
end;
6 delay 1.0;
end loop Counter_Loop;
8 declare
NR : aliased Null_Record;
10 begin
-- this goes asynchronously
12 Update_GUI_Button_End_Handler.Send (Update_GUI_Button_End’Access, NR
end;
14 Counter_Monitor.Finished;
end loop Main_Loop;
16 Counter_Monitor.Finished;
end Counter;
22/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda a Gtk.Main.Router
Registrace volání
◾ generika
◾ komplikované kvůli typům
1 procedure Update_GUI_Button_Start is
begin
3 Gtk.Button.Set_Label (Global_Window.all.Run_Button, -" Stop ");
end Update_GUI_Button_Start;
5
type Null_Record is null record;
7 procedure Update_GUI_Button_End (NR : in out Null_Record) is
pragma Unreferenced (NR);
9 begin
Global_Window.all.Run_Button.all.Set_Label (-" Run ");
11 Global_Window.all.Run_Button.all.Set_Sensitive (True);
end Update_GUI_Button_End;
13
procedure Update_GUI_Label (Label_Access : access Unbounded_String) is
15 begin
Gtk.Label.Set_Label (Global_Window.all.Counter_Label, -To_String (Label_Ac
17 end Update_GUI_Label;
23/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
GtkAda a Gtk.Main.Router
Registrace volání
◾ generika
◾ komplikované kvůli typům
1 -- this is ugly
type Local_Callback is access procedure;
3 function "+" is
new Ada.Unchecked_Conversion (Local_Callback, Gtk.Main.Router.Gtk_Callback
5
-- this is better
7 package Update_GUI_Label_Callback is new Gtk.Main.Router.Generic_Callback_Req
9 package Update_GUI_Button_End_Handler is new Gtk.Main.Router.Generic_Message
24/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Java SWING
Multiplatformní GUI v Javě
SWING single-thread rule
◾ všechny prvky mohou být vytvářeny, měněny a dotazovány pouze z
vlákna obsluhujícího události
◾ SwingUtilities.isEventDispatchThread – kontrola, zda jsme ve
vlákně obsluhující události
◾ SwingUtilities.invokeLater – předávání Runnable do vlákna
obsluhujícího události
◾ SwingUtilities.invokeAndWait – předávání Runnable do vlákna
obsluhujícího události a zablokuje se do dokončení akce
◾ callbacky se řeší pomocí akcí action listener z vlákna obsluhujícího
události
◾ dlouho běžící callbacky je možno odštípnout do nového vlákna (přímo
nebo přes Executory)
25/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Java SWING
Inicializace
1 public class JavaGUI {
3 public static void main(String[] args) {
CounterDialog dialog = new CounterDialog();
5 dialog.setSize(400,300);
dialog.setVisible(true);
7 }
9 }
26/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Java SWING
Předávání vláknu událostí SWINGu
@Override
2 public void run() {
for (int i = 0; i <= 1000; i++) {
4 if (shouldShutdown.get()) {
break;
6 }
final String labelText = String.valueOf(i);
8 javax.swing.SwingUtilities.invokeLater(new Runnable() {
public void run() {
10 counterLabel.setText(labelText);
}
12 });
try {
14 Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException ignored) {
16 }
}
18 runButton.setText("Run");
runButton.setEnabled(true);
20 }
27/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Java SWING
Callbacky
1 buttonRun.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
3 onRun();
}
5 });
private void onRun() {
2 if (!isRunning.get()) {
buttonRun.setText("Stop");
4 isRunning.set(true);
if (counterThread != null) {
6 try {
counterThread.join();
8 } catch (InterruptedException ignored) {
}
10 }
counterThread = new CounterThread(counterLabel, buttonRun);
12 counterThread.start();
} else {
14 buttonRun.setEnabled(false);
counterThread.requestShutdown();
16 counterThread.interrupt();
isRunning.set(false);
18 }
}
28/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
QT
http://doc.trolltech.com/4.7/threads.html
rozlišování reentrant vs. thread-safe
QThread reprezentuje vlákno
QObject je reentrantní, stejně jako řada odvozených tříd
avšak odvozené GUI třídy QWidget reentrantní nejsou!
◾ použití pouze z hlavního vlákna
per-thread event loop
◾ pro třídy jako QTimer, QTcpSocket – ne pro GUI
29/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
OpenGL
Průmyslový standard specifikující multiplatformní rozhraní pro
tvorbu aplikací počítačové grafiky
Existuje v řadě verzí od 1.0 po poslední 4.0
Aplikace využívající OpenGL je schopna ±běžet na různém HW
◾ OpenGL podporuje různá rozšíření, která spolu se změnami verzí
zhoršují poratabilitu
◾ Aplikace musí umět detekovat co daná platforma nabízí
Rasterizaci objektů provádí obvykle HW, existují ale i SW razterizátory
(Mesa)
30/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
OpenGL pipeline
OpenGL funkce jsou asynchronní
OpenGL je stavová
Návrh scény provádíme:
glBegin( GL_POLYGON ); /* Begin issuing a polygon */
2 glColor3f( 0, 1, 0 ); /* Set the current color to green */
glVertex3f( -1, -1, 0 ); /* Issue a vertex */
4 glVertex3f( -1, 1, 0 ); /* Issue a vertex */
glVertex3f( 1, 1, 0 ); /* Issue a vertex */
6 glVertex3f( 1, -1, 0 ); /* Issue a vertex */
glEnd(); /* Finish issuing the polygon */
Problematické při použití vláken
31/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
OpenGL kontext
Kontex OpenGL není zachycen OpenGL specifikací, je tedy
implementačně závislý
Kontex uchovává stav a další informace pro rasterizér
Existují rozšíření OpenGL pro manipulaci s kontexty
◾ WGL – wglCreateContext, wglMakeCurrent, wglDeleteContext
◾ GLX – glXCreateNewContext, glXMakeCurrent, glXDestroyContext
◾ Pozor na použití glXDestroyContext – OpenGL je asynchronní!
Pouze jeden kontext může být aktivní v rámci 1 vlákna
Kontext je často uložen v TLS
32/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
OpenGL kontext a vlákna
S implicitním kontextem
◾ OpenGL na MacOS dovoluje přistup k GL funkcím z více vláken
◾ Windows ohlásí resource busy
◾ Linux (s Nvidia drivery) končí segmentation fault
◾ Obecně je u vláken s implicitním kontextem problém, že kontext má
právě master vlákno
◾ Nelze triviálně předat kontext jinému vláknu (zejména u GLX)
Různá vlákna si mohou vytvořit svůj kontext
◾ Nemohou pak ale kreslit jednu společnou scénu přímo
(lze přes nepřímý rendering do bufferu)
◾ U WGL to často znamená, že každé vlákno kreslí do jiného okna
33/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
OpenGL kontext a vlákna
Změna kontextu na jiné než master vlákno
◾ Při použití libSDL triviálně tak, že zavoláme SDL_init() z ne-master
vlákne, o zbytek se postará libSDL
◾ Implicitní kontext vytváří GLX rozšíření Xserveru samo o sobě
◾ Jediná cesta pro GLX je reload GLX z vlákna, které má kreslit
◾ Návod lze najít např. ve zdrojových kódech libSDL
src/video/x11/SDL_x11gl.c
34/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Futures & TPE v C++
Futures nabízí knihovna libboost
http://www.boost.org
◾ Nabízí ± stejná primitiva jako pthread
◾ Navíc nabízí některé pokročilejší nástroje pro vlákna
1 #include <boost/thread.hpp>
#include <iostream>
3
using namespace std;
5
void hello()
7 {
cout << "Pocitam." << endl;
9 }
11 int main(int argc, char* argv[])
{
13 boost::thread thrd(&hello);
thrd.join();
15 return 0;
}
35/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Futures & TPE v C++
Futures
#include <boost/thread.hpp>
2 #include <iostream>
#include <string>
4
using namespace std;
6
string hello()
8 {
cout << "FT: Pocitam." << endl;
10 sleep(5);
cout << "FT: Vypocet hotov." << endl;
12 return "12345";
}
14
int main(int argc, char* argv[])
16 {
boost::packaged_task<string> pt(hello);
18 boost::unique_future<string> fi=pt.get_future();
20 boost::thread task(boost::move(pt));
cout << "Master: vytvoreno vlakno." << endl;
22 cout << "Master: Cekam na vysledek." << endl;
fi.wait();
24 cout << "Mam vysledek: " << fi.get() << endl;
return 0;
26 }
36/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Futures & TPE v C++
Samotná knihovna libboost nemá threadpools
http://threadpool.sourceforge.net/ implementuje
threadpools v C++ nad libboost
37/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Futures & TPE v C++




Anybody who tells me that STL and especially Boost are stable and
portable is just so full of bullshit that it’s not even funny.
– Linus Torvalds
38/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Java Native Interfaces
Volání nativních metod z Javy
Struktura JNI volání
/* C */
2 JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
(JNIEnv *env, jobject obj, jstring javaString)
4 {
//ziskani nativniho retezce z javaString
6 const char *nativeString = (*env)->GetStringUTFChars(env, javaString, 0);
...
8 //nezapomenout uvolnit!
(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, javaString, nativeString);
10 }
12 // C++
JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
14 (JNIEnv *env, jobject obj, jstring javaString)
{
16 //ziskani nativniho retezce z javaString
const char *nativeString = env->GetStringUTFChars(javaString, 0);
18 ...
//nezapomenout uvolnit!
20 env->ReleaseStringUTFChars(javaString, nativeString);
}
39/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Vlákna a JNI
Ukazatel na JNIEnv je platný pouze z vlákna, jemuž je přiřazen
◾ nelze předávat mezi vlákny
◾ stejný při opakovaných voláních v témže vlákně
Lokální reference nesmí opustit vlákno
◾ lokální reference jsou platné pouze v rámci daného volání
nelze se je uschovávat ve static proměnných
◾ převést na globální, pokud je třeba (NewGlobalRef)
◾ globální reference vylučují objekt z garbage collection
◾ existují slabé lokální reference (NewWeakGlobalRef)
umožňují garbage collection odkazovaného objektu
potřeba kvůli class unloading
musí se kontrolovat, zda odkazovaný objekt existuje (IsSameObject s
NULL parametrem)
40/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Vlákna a JNI
static jclass stringClass = NULL;
2 ...
if (stringClass == NULL) {
4 jclass localRefCls =
(*env)->FindClass(env, "java/lang/String");
6 if (localRefCls == NULL) {
return NULL; /* exception thrown */
8 }
/* Create a global reference */
10 stringClass = (*env)->NewGlobalRef(env, localRefCls);
12 /* The local reference is no longer useful */
(*env)->DeleteLocalRef(env, localRefCls);
14
/* Is the global reference created successfully? */
16 if (stringClass == NULL) {
return NULL; /* out of memory exception thrown */
18 }
}
20 ...
// potreba explicitne mazat
22 if (terminate) {
(*env)->DeleteGlobalRef(env, stringClass);
24 }
Zdroj: JNI Book
41/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Vlákna a JNI
Použití monitorů
◾ vždy monitor uvolnit
synchronized (obj) {
2 ... // synchronized block
}
1 if ((*env)->MonitorEnter(env, obj) != JNI_OK) ...;
...
3 if ((*env)->ExceptionOccurred(env)) {
... /* exception handling */
5 /* remember to call MonitorExit here */
if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) ...;
7 }
... /* Normal execution path. */
9 if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) ...;
Zdroj: JNI Book
42/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Vlákna a JNI
Wait/Notify
◾ generické volání metod (GetMethodID, CallVoidMethod)
◾ potřeba držet monitor
1 /* precomputed method IDs */
static jmethodID MID_Object_wait;
3 static jmethodID MID_Object_notify;
static jmethodID MID_Object_notifyAll;
5
void
7 JNU_MonitorWait(JNIEnv *env, jobject object, jlong timeout) {
(*env)->CallVoidMethod(env, object, MID_Object_wait, timeout);
9 }
11 void
JNU_MonitorNotify(JNIEnv *env, jobject object) {
13 (*env)->CallVoidMethod(env, object, MID_Object_notify);
}
15
void
17 JNU_MonitorNotifyAll(JNIEnv *env, jobject object) {
(*env)->CallVoidMethod(env, object, MID_Object_notifyAll);
19 }
Zdroj: JNI Book
43/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Vlákna a JNI
Explicitní získání JNIenv pro stávající vlákno
◾ např. callback volaný OS
◾ odkaz na JavaVM lze předávat mezi voláními a vlákny
◾ získání odkazu např. JNI_GetCreatedJavaVMs nebo GetJavaVM
1 JavaVM *jvm; /* already set */
3 f() {
JNIEnv *env;
5 (*jvm)->AttachCurrentThread(jvm, (void **)&env, NULL);
... /* use env */
7 }
Zdroj: JNI Book
44/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Vlákna a JNI
Mapování vláknového modelu OS a JVM
◾ záleží, zda pro danou platformu JVM podporuje nativní vlákna
◾ závisí od dané platformy i od daného JVM
Můžeme implementovat v Javě afinitu k CPU
◾ závisí od dané platformy i od daného JVM
◾ sched_setaffinity(gettid(), ...)
◾ v praxi může pro danou platformu dobře fungovat
45/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Systémy real-time (RT)
Požadavky na RT systémy
◾ reakce programu v definovaném termínu (deadline)
◾ hard real-time: systém musí vždy reagovat do deadline
◾ real real-time: hard-RT s velmi krátkou reakční dobou (řízení střel)
◾ soft real-time: systém může občas zmeškat deadline
◾ firm real-time: soft-RT, kdy opožděne poskytovanou službu už nemá
smysl poskytovat
Interakce s OS
◾ real-time OS
◾ embedded bez OS
Paralelismus
◾ většinou se pracuje se sekvenčními programy
◾ co když paralelismus potřebujeme?
46/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Ada: vlákna a RT systémy
Zajímavé úrovně jazyka
◾ zero footprint (ZFP): bez vláken (např. jednodušší certifikace pro
DO-178B Level A)
◾ Ravenscar profile: omezené interakce vláken (lze lépe dělat statickou
analýzu kódu)
◾ plnohodnotný přístup k vláknům
Ada Annex D: Real-Time Systems
◾ podpora monotónních hodin s vysokým rozlišením
◾ politiky spouštění vláken (task dispatching)
◾ priority vláken vč. dynamických priorit
◾ politiky řazení do front entries
◾ (preemtivní abort)
◾ synchronní řízení vláken
◾ asynchronní řízení vláken
◾ omezení vláken (pragma Restrictions)
Ada Annex H: High-Integrity Systems, Ada 2005 Annex M: Summary
of Documentation Requirements, jazyk SPARK
47/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Plánování vláken
Plánování
◾ nalezení takového pořadí vykonávání úloh, aby byly splněny termíny
◾ analýza plánovatelnosti
Typické úlohy v RT systémech
◾ periodické – opakované v pravidelných intervalech (delay until ...;)
◾ sporadické – reakce na události (typicky čekající pomocí blokování na
chráněném objektu)
48/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Preemptive Fixed Priority Dispatching
Podpora i před Ada 2005
Task dispatching
◾ proces výběru vlákna, které má běžet na daném procesoru
Dispatching points
◾ místa v kódu, kde dochází k přepínání
◾ vždy: blokování na volání, ukončování úlohy
◾ další místa jsou definována annexem pro specifické politiky (např.
delay 0.0; pro nepreemtivní plánování)
pragma Task_Dispatching_Policy(FIFO_Within_Priorities);
◾ nastavuje se per partition (Distributed Annex)
49/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Preemptive Fixed Priority Dispatching
Priorita
◾ definuje fronty, z nichž se odebírají úlohy v případě výběru
◾ vybírá se ze začátku nejprioritnější neprázdné fronty
◾ systém musí podporovat:
minimálně 30 úrovní System.Priority
minimálně 1 úroveň System.Interrupt Priority
Dispatching points specificky pro Preemptive Fixed Priority
Dispatching
◾ kdykoli se objeví spustitelné (runnable) vlákno s vyšší prioritou ⇒
preemtpivita
◾ kdykoli se v kódu objeví delay 0.0;
50/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Priority ceiling locking
Potřeba minimalizovat dobu čekání prioritních vláken/tasků
Motivace: vlákna s prioritami H > M > L, chráněný objekt P
1. spustí se úloha L a vstoupí do P
2. M přeruší vykonávání L, zatímco je L uvnitř P
3. H přeruší vykonávání M
4. H se pokusí vstoupit do P
51/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Priority ceiling locking
13.3 Priority ceiling locking 323
Execution
Executing holding resource
Preempted
Not runnable
Blocked waiting for resource
Prioirity inversion here
Request resource Acquire resource
Release resourceAcquire resource
time
task
L
M
H
Fig. 13.1: Priority inversion
Definition: Priority inversion occurs when the priority ordering has been subverted
– a high-priority task is kept from executing by a low-priority
task that is running.
⇒ inverze priorit (M efektivně zabraňuje dokončení H)
Zdroj: Burns & Wellings: Concurrent and Real-Time Programming in Ada
52/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Priority ceiling locking
Strop priority (priority ceiling)
◾ Immediate Ceiling Priority Protocol (ICPP) neboli Ceiling Priority Emulation
neboli Priority Protect Protocol
◾ maximální priorita, s níž mohou být daná úloha či chráněný objekt
volány
◾ při vstupu do volání úloha získá úloha stropní prioritu
◾ po ukončení volání se úloha vrátí ke své původní prioritě
◾ jsou-li fakticky zavolány s vyšší prioritou než je strop, je to považováno
za chybu programu
pragma Locking_Policy(Ceiling_Locking);
53/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Priority ceiling locking
Změna chování H/M/L/P systému:
1. spustí se úloha L a vstoupí do P; tím získá prioritu (nejméně) H
2. M je nachystáno, ale nemůže přerušit L protože má nižší okamžitou
prioritu
3. H je nachystáno, ale nespustí se, protože nemá vyšší okamžitou prioritu
než L
4. L opustí P a je vráceno na původní prioritu
5. H je spuštěno
54/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Priority ceiling locking
324 Scheduling real-time systems – fixed priority dispatching
Execution
Executing holding resource
Preempted
Not runnable
Blocked waiting for resource
Prioirity
inversion
here
Acquire
resource
Release
resource
Acquire resource
time
task
L
M
H
Release resource
Fig. 13.2: Ceiling priority inheritance
priority (that is, its priority is raised – assuming it was lower before the call). The
simple three-task system will now behave as follows (see Figure 13.2):
Zdroj: Burns & Wellings: Concurrent and Real-Time Programming in Ada
55/55
Vlákna a GUI Futures & TPE v C++ Vlákna a JNI Systémy real-time Ostatní
Ostatní
Odevzdávání ,,projektu‘‘
◾ Odevzdavarny/Projekt
◾ UCO-Jmeno-Prijmeni.{zip,tgz,...}
Organizace zkoušky
◾ diskuse řešení projektu
◾ minimálně 2 obecné otázky
◾ minimálně 1 specializační (Java/C/Ada)