Programacion C Avanzada – T3 – Uso de threads en C

En este post vamos a ver un ejemplo de como programar Threads en C.

Que es un Thread?

Un thread es un hilo de ejecucion paralelo a nuestro programa. Si queremos que un UNICO programa realice varias tareas a la vez, de forma paralela y no secuencialmente hemos de hacer uso de Threads.

Pero que diferencia a un Thread de un Fork?

– A diferencia del fork, el cual padre tiene un PID e hijo tiene otro diferente por tanto son dos procesos diferentes, en un programa con Threads el PID de todos los threads es el mismo (se diferencian por un Thread ID interno).

– Los threads, al ser un mismo proceso, comparten memoria con el padre, por lo que no hace falta realizar el uso de pipes para enviar informacion de unos a otros.

– Al compartir memoria, hay que tener mas cuidado al cambiar el valor de las variables (si son compartidas) porque puede darse el caso de que dos threads vayan a cambiar el valor a la vez, haciendo que desconozcamos el valor que puede tomar la variable. (Esto se evitará mas adelante con los semáforos)

– Programar con threads consume (por lo normal) menos memoria ram que hacerlo con forks, ya que el fork hacia una copia de todas las variables para el hijo. Recordemos que los threads comparten memoria.

– Cuando el proceso padre muere, los threads también lo hacen.

 

¿Como se lanza un Thread?

En en lenguaje de programación C, debemos hacer el include de la libreria lpthread al compilar.

gcc sesion.c -Wall -Wextra -o s5.exe -lpthread

Y tambien dentro del programa

#include <pthread.h>

 

Ahora que ya disponemos de lo necesario, para lanzar una thread hemos de crear una función, a la cual la podemos llamar de cualquier manera pero debe tener este formato.

void *funcionThread (void *arg) {

	//Casteamos lo que nos pasan por argumento... puede ser char, struct, etc.
	char *tmpStr = (char *) arg;

	// Codigo de la funcion


	pthread_exit(NULL);
}

 

Es importante que la definición de la función tenga el *nombrefuncion y que reciba un void args. A continuación tan solo nos queda lanzar el thread.

stat = pthread_create(&thLecturaplato, NULL, thLectura, &fileName );
if ( 0 != stat ) {
 	// Error al crear el thread, salimos del padre lanzando signal o exit
	exit(-1);
 }

Y como buenos programadores esperaremos a que finalice la ejecucion de este:

stat = pthread_join(thLecturaplato, NULL);
if ( 0 != stat ) {
	// Error al cerrar el thread, salimos del padre lanzando signal o exit
	exit(-1);
}

 

El ejercicio

El ejercicio que nos propusieron en la sesión 5, trataba de usar Threads para «cocinar un plato». Como en la realidad, cuando cocinamos un plato, podemos hacer varias cosas a la vez, pero algunas dependen de que otras terminen. A continuación se muestra el archivo de una receta para que la «cocinemos».

T0-Hervir el agua-8
T1-Hacer el sofrito-25
T2-Poner la pasta-1-T0
T3-Hervir la pasta-5-T2
T4-Colar la pasta-2-T3
T5-Mezclar sofrito-2-T1+T4
T6-Servir-3-T5

La estructura del fichero tiene la siguiente explicación, los campos están separados por un guion.

  • Primer campo: Identifica el numero de la tarea (se podría decir es como el identificador del paso que hay que realizar)
  • Segundo campo: Identifica la descripción de la tarea. (Lo que haríamos al cocinar el plato en ese paso)
  • Tercer campo: Segundos que tardamos en realizar esa tarea ( tiempo que va a tardar el thread en acabar ).
  • Cuarto campo: Las tareas que tienen que hacerse antes de comenzar esa tarea (puede contener mas de una como se ve).

 

He comentado el codigo para que se vaya entendiendo conforme se lee.

/* **********************************************
*
* @Archivo : S5.c
* @Finalidad : Practica de la sesion 5
* @Autor : Guille Rodriguez Gonzalez  , Itziar Sanchez
* @Fecha : 17/10/2014
*
*********************************************** */


#include <pthread.h>   // Incluimos libreria necesaria para los threads
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

// Definimos una estructura que contendra los datos de cada tarea
typedef struct {
	char id[3];
	char desc[50];
	int temp;
	char pre[6];
}plato;

// Creamos UNA funcion thread que se encargara de leer por pantalla el nombre del fichero
// y comprobar si el fichero existe.
void *thLectura(void *arg) {

	char *tmpStr = (char *) arg;
	char strGeneroso[100];
	int invalido=1;
	int iteracciones=0;
	int nbytes=0;
	int fd;
	
	while ( invalido ) {
		nbytes=0;
		
		bzero(strGeneroso,strlen(strGeneroso));
		
		if ( 0 == iteracciones ) {
			sprintf(strGeneroso,"Introduce el plato a cocinar: \n");
		} else {
			sprintf(strGeneroso,"El plato no existe. Prueba otro: \n");
		}
		write(1,strGeneroso,strlen(strGeneroso));
		
		bzero(strGeneroso,strlen(strGeneroso));
		// Leemos el nombre del fichero
		nbytes = read(0,strGeneroso,100);
		strGeneroso[nbytes-1]='\0';
		strcat(strGeneroso,".txt");


		// Comprobamos si el fichero existe
		fd = open(strGeneroso, O_RDONLY);
		if(fd == -1){
			iteracciones++;
		} else {
			invalido = 0;
			close(fd);									// Cerramos el fichero
		}
	}
	// Preparamos para "devolver" el nombre del fichero.
	bzero(tmpStr,255);
	strcpy(tmpStr,strGeneroso);
	
	// Salimos del hilo
	pthread_exit(NULL);
}

// Funcion de Thread encargada de ejecutar las tareas que indicara el fichero. 
// Muestra por pantalla cuando inicia la tarea, espera el tiempo que el fichero
// indica, informa de que ha finalizado la tarea y cierra el thread.
void *cocinar(void *arg) {
	char strGeneroso[255];
	plato *plat = (plato *) arg; 
	
	bzero(strGeneroso,255);
	sprintf(strGeneroso,"Empezando: %s \n", (*plat).desc );
	write(1,strGeneroso,strlen(strGeneroso));

	sleep((*plat).temp); 
	
	bzero(strGeneroso,255);
	sprintf(strGeneroso,"Finalizado: %s \n", (*plat).desc );
	write(1,strGeneroso,strlen(strGeneroso));	
	
	pthread_exit(NULL);
}

// Funcion que se encarga de pasar los datos del fichero a memoria
int leerFichero(char fichero[20],int fd, plato llistaPasos[20]){
   char c;
    int nOK;
    int i;
	int k;
	int l;
    int j;
    char tmp[10];
     
    int numPasos = 0;
       
	fd = open(fichero, O_RDONLY);
	if(fd == -1){
		char frase[] = "Error\n";
		write(1,frase, strlen(frase));
		exit(0);
	}else{	   
    nOK = read(fd,&c,1);
    while(nOK!=0){
		i=0;
		while(c!='-'){
            llistaPasos[numPasos].id[i]=c;
			i++;
            nOK = read(fd,&c,1);
        }
        llistaPasos[numPasos].id[i]='\0';
  	    
	  j=0;
        nOK = read(fd,&c,1);
        while(c!='-'){
            llistaPasos[numPasos].desc[j]=c;
            j++;
            nOK = read(fd,&c,1);
        }
		llistaPasos[numPasos].desc[j] = '\0';
		k=0;
		nOK = read(fd,&c,1);
		while(c!='-' && c!='\n'){
            tmp[k]=c;
            k++;
            nOK = read(fd,&c,1);
        }
        tmp[k]='\0';
        llistaPasos[numPasos].temp = atoi(tmp);
		
		if(c == '\n'){
		
			nOK = read(fd,&c,1);
			bzero(llistaPasos[numPasos].pre,5);
			numPasos++;
		}else{

			l=0;
        	nOK = read(fd,&c,1);
        	while(c!='\n'){
				if(c!='+' && c!='T'){
        	    llistaPasos[numPasos].pre[l]=c;
				l++;
				}
        	    nOK = read(fd,&c,1);
        	}
			llistaPasos[numPasos].pre[l] = '\0';
			numPasos++;
        	nOK = read(fd,&c,1);
		}
		if(c == '\n') break;
		}
   	}	

 	close(fd);
    return numPasos;
 
}
void cleanData(plato[], int);
int leerFichero(char fichero[20], int fd, plato[] );


int main(void) {

	int vecsize;
	int i,j; 
	char tmpPreID;
	int MAX=10;
	int stat;
	char fileName[255];
	int preThreads=0;
	plato pArray[MAX];
	pthread_t thLanzados[MAX];
	pthread_t thLecturaplato;
	int fd;
	
	
	bzero(fileName,255);
	
	// Lanzamos thread de seleccion de plato a cocinar
	stat = pthread_create(&thLecturaplato, NULL, thLectura, &fileName );
	if ( 0 != stat ) { raise(SIGINT); }
	
	// Esperamos a que finalice el thread de lectura del nombre de fichero.
	stat = pthread_join(thLecturaplato, NULL);
	if ( 0 != stat ) { raise(SIGINT); }
	
	
	
	cleanData(pArray,vecsize);
	vecsize= leerFichero(fileName,fd,pArray);
	
	
	// Reaprovechamos fileName que ya no lo usamos, para mostrar mensajes...
	bzero(fileName,255);
	sprintf(fileName,"\nOido cocina!\n");
	write(1,fileName,strlen(fileName));

	
	// Lanzamos la receta!
	for (i = 0; i<vecsize; i++ ) {
		if ( strlen(pArray[i].pre) == 0 ) {
			stat = pthread_create(&thLanzados[i], NULL, cocinar, &pArray[i]);
			if ( 0 != stat ) { raise(SIGINT); }
			
		} else {
			// Miramos cuantas precondiciones hay
			preThreads = strlen(pArray[i].pre);
			
			// Esperamos a que estos finalicen
			for (j=0; j<preThreads; j++) {
				tmpPreID = pArray[i].pre[j];
				stat = pthread_join(thLanzados[ atoi(&tmpPreID) ],NULL);
				
				if ( 0 != stat ) { raise(SIGINT); }
			}
			
			// Lanzamos el thread que toca
			stat = pthread_create(&thLanzados[i], NULL, cocinar, &pArray[i]);
			if ( 0 != stat ) { raise(SIGINT); }
		}
	}
	

	// Esperamos a que el ultimo thread finalice
	preThreads = strlen(pArray[i-1].pre);
	for (j=0; j<preThreads; j++) {
		tmpPreID = pArray[i-1].pre[j];
		stat = pthread_join(thLanzados[ atoi(&tmpPreID) ],NULL);
		if ( 0 != stat ) { raise(SIGINT); }
	}
	
	// Antes de salir reaprovechamos el fileName que ya no se usa
	
	bzero(fileName,255);
	sprintf(fileName,"\n\nPlato cocinado! \n");
	write(1,fileName,strlen(fileName));
	
	
	
	return 0;
}


void cleanData(plato parr[], int vecsize) {
	int i;
	for (i = 0; i<vecsize; i++ ) {
		bzero(parr[i].id,3);
		bzero(parr[i].desc,50);
		parr[i].temp=0;
		bzero(parr[i].pre,6);
	}
}

 

 

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