如何在 C 中将 GCD 代码重写为 POSIX

Question

这个问题是一个问题的后续，这个问题恰好比我最初想象的要复杂。在我正在编写的程序中，主线程负责 GUI 驱动的数据更新，生产者线程（具有多个子线程，因为生产者任务“令人尴尬地并行”）写入循环缓冲区，而真正的-time 消费者线程从中读取。最初的开发平台是 OSX/Darwin，但我想让代码更便携，与 UNIX 源代码兼容。一切都可以很容易地用 POSIX 编写，除了以下特定于 OSX 的 GCD 命令，我无法估计 POSIX 等效项（如果有）。它启动生产者线程，其子线程以编程方式从该线程启动，具体取决于可用逻辑 CPU 内核的数量：

void dproducer (bool on, int cpuNum, uData* data)
{
    if (on == true)
    {
    data->state = starting;
         dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^{
            producerSum(on, cpuNum, data);
        });
    }
return;
}

这是程序的框图：

为清楚起见，我还添加了 producerSum 代码。这是一个无限循环，其执行可以等待消费者线程完成工作，也可以通过更改具有全局范围的 data->state 来中断：

void producerSum(bool on, int cpuNum, uData* data)
{
int rc;
pthread_t threads[cpuNum]; //subthreads
tData thread_args[cpuNum];
void* resulT;
static float frames  [4096];

while(on){
    memset(frames,  0, 4096*sizeof(float));
   if( (fbuffW  = (float**)calloc(cpuNum + 1, sizeof(float*)))!= NULL)
      for (int i=0; i<cpuNum; ++i){
        fbuffW[i] = (float*)calloc(data->frames, sizeof(float));
        thread_args[i].tid = i;           //ord. number of thread
        thread_args[i].cpuCount = cpuNum; //counter increment step
        thread_args[i].data = data;
        rc = pthread_create(&threads[i], NULL, producerTN, (void *) &thread_args[i]);
        if(rc != 0)printf("rc = %s\n",strerror(rc));
      }        
    for (int i=0; i<cpuNum; ++i) rc = pthread_join(threads[i], &resulT);
    //each subthread writes to fbuffW[i] and results get summed
    for(UInt32 samp = 0; samp < data->frames; samp++)
        for(int i = 0; i < cpuNum; i++)
            frames[samp] += fbuffW[i][samp];

    switch (data->state) { ... } //graceful interruption, resuming and termination mechanism

    { … } //simple code for copying frames[] to the circular buffer

    pthread_cond_wait (&cond, &mutex);//wait for the real-time consumer

    for(int i = 0; i < cpuNum; i++) free(fbuffW[i]); free(fbuffW);
} //end while(on)    
return;
}

生产者线程内部的同步正在由 pthread_create( ) 和 pthread_join( ) 成功处理，而生产者和消费者线程之间的必要协调正在由 pthread_mutex_t 变量和 pthread_cond_t 变量成功处理>（带有相应的锁定、解锁、广播和等待命令）。 uData 是程序定义的结构（或类实例）。任何观察方向都会有所帮助。

感谢您阅读这篇文章！

Answer 1

调度队列就像它听起来的样子：一个队列，就像在标准的 FIFO 列表数据结构中一样。它拥有任务。这些任务可以通过代码中的 Objective-C 块或函数指针和上下文指针值来表示。如果您的目标是跨平台兼容性，您可能需要避免使用 Blocks。事实上，由于您只调度一个任务，您的任务可以只封装参数（on、cpuNum 和 data）而不是代码（对 producerSum() 的调用）。

队列由线程池中的线程提供服务。 GCD 管理线程和池。至少在 OS X 上，它与 OS 集成，因此池的大小由整体系统负载控制，您将无法以跨平台的方式重现。

调度队列上的操作是线程安全的。这包括向它们添加任务以及工作线程从中删除任务。

您将不得不实现所有这些。这绝对是可能的，但会很麻烦。在许多方面，队列和线程池构成了生产者-消费者架构。基本上，您基于 GCD 的解决方案有点作弊，因为您只是使用了生产者-消费者 API 来实现您的生产者-消费者设计。现在，您将不得不在没有拐杖的情况下真正实现生产者-消费者设计。

基本上没有比你已经在使用的线程创建和 POSIX 条件变量更多的东西了。

dispatch_async() 基本上只是锁定任务队列的互斥体，将任务添加到队列中，发出条件变量信号，然后解锁互斥体。每个工作线程将只等待条件变量，当它唤醒时，锁定互斥锁，如果有任务从队列中弹出一个任务，解锁互斥锁，如果有一个任务则运行任务。您可能还需要一种机制来通知工作线程是时候正常终止了。