ASIO

[insert page=’151′ display=’link’]，我們知道在多條thread的程式設計中，對於執行的結果我們是無法預期的。雖然使用mutex可以保證thread-safety，但卻無法保證工作能夠照我們所期望的順序執行。 在boost ASIO中提供了strand來解決既能保證thread-safety又能夠讓工作的順序能夠依照post的順序執行。執行並觀察以下的程式結果： boost::mutex global_stream_lock; void WorkerThread( boost::shared_ptr< boost::asio::io_service > io_service ){ global_stream_lock.lock(); std::cout < < “[” << boost::this_thread::get_id() << “] Thread Start” << std::endl; global_stream_lock.unlock(); io_service->run(); global_stream_lock.lock(); std::cout < < “[” << boost::this_thread::get_id() << “] Thread Finish” … Continued

對於io_service之中，最重要的莫過於post跟dispatch這二個功能。到底這二個功能有何異同呢？ post：指的是將一個工作加入Completion Event Queue裡面dispatch：若是在被run()或poll()所回呼的handler，則馬上執行指派的工作，若是在main()的線程中，則效力與post相同。 試著執行以下程式可以看到二個函式的不同： boost::mutex global_stream_lock; void Dispatch( int x ){ global_stream_lock.lock(); std::cout < < “[” << boost::this_thread::get_id() << “] ” << __FUNCTION__ << ” x = ” << x << std::endl; global_stream_lock.unlock(); } void Post( int x ){ … Continued

關於四種名詞的詳細內容可以參閱本篇連結 其實這四個名詞在概念上有一些微妙的差別，Sync/Async IO的差別在於程式是否要去等待OS的IO操作結束：在boost中是指io_service選用了run()或者是poll()，會進行kernel context switch到OS kernel來運行。而Blocking/Non-Blocking則是指我們是否要等待程式執行流程中的IO結束才能繼續執行，主要是由application來實作、設計執行的機制。 其實一個程式是不是Sync/Asyn或blocking/non-blocking，其實看的是一段程式碼或者是一個function 通常如果該段程式碼包含while迴圈來判斷某個檔案是狀態，那麼就是blocking，但如果這時候又程式thread來分配該任務的執行，那麼就是non-blocking。 在non-blocking的程式中，如果有牽扯到檔案的讀寫問題，那麼我們就必須在程式中撰寫一些機制去確認該檔案是如已經可以寫入，以必免造成race condition的情況。通常依照不同的作業系統會使用poll、select、epoll、iocp等機制。 關於poll、select、epoll等分別請參閱本篇 在boost::ASIO中，由於為了要達成跨平台，因此在背後實作了Proactor模式來隱藏細節，並以Reactor來實作不同平台的機制。我們可以利用以下的程式碼印出我們的作業系統所採用的是那一種： #include <iostream> #include <string> #include <boost/asio.hpp> int main() { std::string output; #if defined(BOOST_ASIO_HAS_IOCP) output = “iocp” ; #elif defined(BOOST_ASIO_HAS_EPOLL) output = “epoll” ; #elif defined(BOOST_ASIO_HAS_KQUEUE) output = “kqueue” … Continued

我們知道，我們無法預測thread執行的先後，這代表的是任何一個thread都有可以在任何的時間點從CPU上取得操作權。這不僅會造成cout時文字無法連續，同時在操作資料時，最害怕的情形是『同時』有多個thread去對『同一個資料』做更改，因為他會造成運算結果的錯誤。這個特性，在電腦科學裡面稱作race condition，進而導致了需要保證thread-safety的問題。 在boost裡提供了mutex機制來解決(Critical Section Problem) 一個簡單的demo： #include <boost/thread.hpp> #include <iostream> void wait(int seconds) { boost::this_thread::sleep(boost::posix_time::seconds(seconds)); } boost::mutex mutex; int gValue = 0; void thread(int i) { wait(1); mutex.lock(); gValue = gValue + i; std::cout < < “Thread :” << boost::this_thread::get_id() … Continued

boost::bind的功用，主要是將function變成function object(functor)來當成參數傳送，其目的，最主要是用來實現系統callback的功能。以下為一個簡單的小程式： #include <boost/asio.hpp> #include <boost/shared_ptr.hpp> #include <boost/thread.hpp> #include <iostream> using namespace std; boost::asio::io_service io_service; void WorkerThread(int x){ std::cout < < “Thread Start:” << x << endl; io_service.run(); std::cout << “Thread Finish:” << x << endl; } int main( int … Continued

ASIO的實現，其實就是基於Proactor pattern，在這裡我們先不對這個pattern做探討，等以後有機會再來談 想像io_service即是os跟我們程式之間的橋梁，當執行io_service.run()的時候，便是將系統轉移到os上，並block住原本的程式，直至所有的工作佇列完成，其是一種synchronous 模式。 只是，有時候我們並不希望程式在完成工作之後就結束，而是繼續等待是否有其他工作傳入，這時候我們就可以加入boost::asio::io_service::work work( io_service );，以便讓系統能夠持續的運行。 完整程式碼如下： #include <boost/asio.hpp> #include <iostream> int main( int argc, char * argv[] ){ boost::asio::io_service io_service; boost::asio::io_service::work work( io_service ); io_service.run(); std::cout < < “這行永遠到不了” << std::endl; return 0; } 為什麼會這樣呢？那是因為work object 提供一個work給 … Continued