セマフォ、イベント駆動プログラミング 10/27

課題１

バッファサイズが n（固定）の Producer/Consumer problem を実演するプログラムを作成せよ。バッファはリングバッファとせよ。

  1. Producer は繰り返しデータを作成し、一つづつバッファに書き込む。 バッファが一杯の時には空きができるまで待つ。 バッファが一杯でないのに待ってはいけない。
  2. Consumer はバッファから一つづつデータを受け取る。 バッファが空の時はデータが書き込まれるまで待つ。 バッファが空でないのに待ってはいけない。
  3. Consumer は Producer が作成した順序でデータを受け取らなくてはならない。

Procuder が遅い場合、Consumer が遅い場合の両者についてテストをし、 データの洩れや重複がおこらないことを確認せよ。

提出課題

  1. 課題１のプログラム、テスト内容とその結果

以降はセマフォを自作するための課題である。

課題２ pause ()

pause() はプロセス／スレッドを blocked(waiting) 状態にするシステムコールである。 pause.cpp を実行して、このプログラムが（あまり） CPU を利用せず、 かつ終了しないことを確認せよ。

課題３ シグナルとシグナルハンドラ

プロセス／スレッドがシグナルを受け取ると、 処理が中断され、シグナルハンドラが実行される。 シグナルハンドラの処理が終ると、中断していた処理が再開する。

pause() などで blocked 状態にあったプロセス／スレッドがシグナルを受け取ると Ready 状態になる。そしてシグナルハンドラが実行された後、 処理は pause()などの次から再開する。

  1. シグナルはシェルから kill コマンドで発生させることができる。man kill で kill コマンドの使い方と、シグナルの種類について調べよ。

    使用例： kill -USR1 1234
    注：シグナル名の前にハイフンが必要です。

  2. signal-1.cpp を実行して、そのプロセスに USR1 シグナルを複数回送って見よ。また、USR2 シグナルを送って見よ。

課題４ スレッドとシグナル

pthread_kill を使うとスレッド間でシグナルをやりとりできる。 signal-2.cpp の実行結果を予測し、 実際の結果と比較検討せよ。

課題５ pause() とシグナルの落し穴、 シグナルのマスキングと sigsuspend()

  1. 課題３の signal-2.cpp の main() 中の sleep(1) を削除して実行し、 動作を確認せよ。なぜ、そのような結果になるのか考えよ。

  2. この問題を避けるには signal-3.cpp の様にする。pthread_sigmask() と sigsuspend() の使い方と意味を理解せよ。

sigaction( int signum, struct sigaction * new ,struct sigaction * old )
シグナルハンドラの登録を行う。シグナルハンドラはすべてのスレッドに共通する。 スレッド毎に違うハンドラを登録することはできない。

pause()
何もせず、シグナルが届くのを待つ。シグナルが届くと、 シグナルハンドラが呼ばれ、ハンドラ実行後、pause() の後から実行が 再開される。

pthread_sigmask( int how, const sigset_t * new, sigset_t * old)
シグナルをマスクする。シグナルは無視される（捨てられる）のではなく、 「保留」され、マスクされていた間に発生していたシグナルは、マスクが解除 されると、その時点で処理される。（ハンドラが呼ばれる。）

マスクは、スレッド毎に設定できる。子スレッドで何もマスクを設定しないと 親スレッドのマスクが受け継がれる。

sigsuspend( const sigset_t * mask )
マスクの設定（解除）と pause() をアトミックに行う。これによって、「待つ」 準備ができる前にシグナルが処理されてしまうことを避ける。

sigset_t
シグナルの集合を指定するためのデータ型。 sigemptyset で集合を空にして、 sigaddset でシグナルを追加する。 シグナルをマスクするときに、マスクしたいシグナルをこの型のデータで指定する。 空集合でマスクを設定すると、全てのマスクが解除される。

課題６ セマフォの自作

以下の雛型、ヒントを参考に class MySemaphore を作れ。 作成したクラスを用いて Producer/Consumer Problemの実演プログラム が正しく実行できること。

雛型、ヒント