LE Blog

Инженер с поэтической душой

09.12.2009 firtree_right Забота о неблокировании потоков в руби

Введение

Сегодня будет блиц-молния, которой место, скорее в твиттере. Однако, мне необходимо развеять тучи, которые я сам же и нагнал. :)

Постановка задачи

Не так давно я писал о том, что при создании руби-оболочки вокруг библиотеки на си, легко получить код, который блокирует все потоки приложения. Можно ли с этим что-то сделать?

Решение

Если мы имеем чуть больше контроля над участками кода на си, которые выполняются долго (обычно в цикле), то можно добавить спасительный код в тело цикла:

if (!rb_thread_alone()) rb_thread_schedule();

Это позволит каждый раз при очередном витке передавать управление соседним потокам, если они есть, и сделает приложение более отзывчивым.

То есть, если мы сделаем точную копию функции из той статьи и добавим наш спасительный код внутрь for, то в выводе такой программы:

# coding: utf-8
require "block_thread.so"

t1 = Thread.new do
  10.times { |i| puts i; sleep 0.1 }
end

t2 = Thread.new do
  puts "Блокируем"
  BlockThread.cycle
  puts "Разблокируем"
end

t3 = Thread.new do
  puts "Стараемся не блокировать"
  BlockThread.cycle_with_schedule
  puts "Закончили стараться"
end
t1.join
t2.join
t3.join

Будет картина гораздо приятнее:

Блокируем
0
Стараемся не блокировать
Разблокируем
1
2
3
4
5
Закончили стараться
6
7
8
9

Заметьте, кстати, что два лишних вывода между «Блокируем» и «Разблокируем» благодаря передаче управления соседнимпотокам между cycle и puts.

Понятно, что соседние потоки тормозятся. Но теперь не на всё время, а только на исполнение одного витка цикла.

Материалы для самостоятельного изучения

Полный код статьи на github

18.11.2009 firtree_right Сборка руби-билиотеки в заданной среде

Постановка задачи

Как разработчику gphoto4ruby мне приходится сталкиваться с особыми задачами. Связано это с тем, что этот gem является оболочкой поверх ещё одной библиотеки. И как у всякой более-менее развитой сторонней библиотеки, у libgphoto2 есть версия, распространяемая через системные репозитории и порты и есть, так сказать, последний писк моды (bleeding edge).

Отсюда вытекает необходимость:

  1. Иметь разные версии библиотеки не конфликтующие между собой, установленные не одной системе,
  2. Компилировать свою руби-библиотеку под любую из версий.

Установка двух gphoto2 :)

Проделаю весь путь с самого начала. Для пущей целостности. Для начала установка из системного репозитория:

sudo apt-get install libgphoto2-2-dev gphoto2
gphoto2 --version

Теперь можно скачать нужную версию и установить её отдельно. Поскольку я в основном использую две версии, то версию из исходников нужно установить в /opt. Предположим, что исходники libgphoto2 и gphoto2 скачаны:

tar zxvf libgphoto2-x.x.x.tar.gz
cd libgphoto2-x.x.x.tar.gz
./configure --prefix=/opt
make
sudo make install
tar zxvf gphoto2-x.x.x.tar.gz
cd gphoto2-x.x.x.tar.gz
./configure --prefix=/opt --with-libgphoto2=/opt
make
sudo make install
/opt/bin/gphoto2 --version

Теперь мы имеем две библиотеки и две утилиты командной строки, поставленные раздельно и правильно залинкованные. Каждая утилита командной строки знает, где искать свою библиотеку. Надо, чтобы это же умел и gem

Компиляция джема

Если скачать исходник библиотеки, то можно проделать руками то, что делает команда gem install. Для создания Makefile используется утилита mkmf, которая входит в ruby-dev и с которой работает файл extconf.rb. В моём случае последовательность действий установщика такая:

cd ext
ruby extconf.rb
make

Теперь в папке ext мы имеем скомпилированную библиотеку (.so или .bundle в зависимости от системы). Установщик потом копирует её в папку lib, но мы пока остановимся. Мы можем посмотреть, какие другие библиотеки использует эта:

ldd gphoto4ruby.so

По выводу этой команды видно, что используется библиотека установленная из центрального репозитория. Теперь попробуем скомпилировать под версию «по последней моде». Поскольку я написал в extconf.rb

dir_config("gphoto2")

То это означает, что пользователю будет доступен целый ряд опций, позволяющих сказать компилятору, где искать libgphoto2. Попробуем:

ruby extconf.rb --with-gphoto2-dir=/opt
make
ldd gphoto4ruby.so

Но что это? Вывод показывает нам, что библиотека привязалась опять к тому, что установлено из репозиториев, а не тому, что в /opt. То есть компилятор, конечно, находит нужные ему заголовки (*.h), но ничего в них не говорит о том, где искать соответствующие им библиотеки. Об этом ему должны сказать мы:

ruby extconf.rb --with-gphoto2-dir=/opt --with-dldflags="-Wl,-rpath,/opt/lib"
make
ldd gphoto4ruby.so

Вуаля!

Теперь, собственно, главное. Как это сделать при установке джема. Чтобы передать ключи для extconf нужно задать их после дополнительного «--»:

sudo gem i gphoto4ruby -- --with-gphoto2-dir=/opt --with-dldflags="-Wl,-rpath,/opt/lib"

Вот такой экскурс в жизнь разработчиков библиотек. Как это звучало в школьные времена: «Спэтсыално дла джэма».

Материалы для самостоятельного изучения

Руководство по расширению руби с помощью C (см. главу про extconf.rb)

22.10.2009 firtree_right Работа с потоками (Thread) в руби

Введение

Сначала я расскажу, почему на сегодняшний день я не очень много работаю с подпроцессами на базе Thread, предпочитая им Kernel.fork. А потом покажу простой способ следить за потоками при работе приложения.

На текущий момент, основная проблема потоков -- это «ненастоящее» распределение ресурсов. Все потоки руби на самом деле находятся в одном системном потоке, который по очереди передаёт им управление. Это влечёт за собой полтора следствия.

Зависание

Когда имеешь дело с внешним оборудованием, сторонними библиотеками и серийными портами, зависание потока может случиться на самом низком уровне. Это можно симулировать небольшой программой на си -- block_thread.c:

#include <ruby.h>

VALUE rb_mBlockThread;

/*
 * call-seq:
 *   BlockThread::cycle(interval=5)
 *
 * Блокирует текущий поток на <code>interval</code> секунд.
 *
 */

VALUE bt_cycle(int argc, VALUE *argv, VALUE self) {
  int i, max;
  max = 5;

  if (argc == 1) {
    max = FIX2INT(argv[0]);
  } else if (argc > 1) {
    rb_raise(rb_eArgError, "Неправильное количество аргументов (%d вместо 0 или 1)");
  }

  for (i=0; i<max; i++) {
    sleep(1);
  }
  return Qnil;
}

void Init_block_thread() {
  /*
   * Модуль содержит методы для демонстрации работы потока
   */
  rb_mBlockThread = rb_define_module("BlockThread");
  rb_define_module_function(rb_mBlockThread, "cycle", bt_cycle, -1);
}

Если вы никогда не расширяли руби с помощью си, поясню, что в этой программе мы создаём модуль BlockTread, в котором создаём метода класса cycle, который указанное число раз (по умолчанию 5) в цикле ждёт одну секунду. Напишем extconf.rb:

require "mkmf"
create_makefile("block_thread")

И программу на руби, в которой будут два потока, один из которых мы заблокируем на низком уровне block_threads.rb:

# coding: utf-8
require "block_thread.so"

t1 = Thread.new do
  10.times { |i| puts i; sleep 0.1 }
end

t2 = Thread.new do
  puts "Блокируем"
  BlockThread.cycle
  puts "Разблокируем"
end

t1.join
t2.join

Скомпилируем и запустим:

ruby extconf.rb
make
ruby block_threads.rb

И что же мы видим? Мы видим, как все потоки, включая основной, блокируются на пять секунд (или любое число секунд, которое мы укажем) И даже ctrl + c не в силах нам помочь. Помогает только ctrl + z и потом killall ...

В случае же с Kernel.fork, процессы действительно равномерно делят между собой ресурсы, и один подпроцесс не способен заблокировать всё.

Синхронизация

Я говорил про полторы проблемы. Об одной уже рассказал, а вторая известна давно -- попробуйте выполнить следующий код:

# coding: utf-8
$cnt = 0

t1 = Thread.new do
  100000.times { $cnt += 1 }
end

t2 = Thread.new do
  100000.times { $cnt += 1 }
end

t1.join
t2.join

puts "Without sync: #{$cnt}"

Если вы не используете руби 1.9, то вы получите неожиданный и каждый раз разный результат. Всё дело в том, что переключение между потоками происходит между элементарными операциями, а += состоит из трёх элементарных операций: достать значение, прибавить к нему число, записать значение. Чтобы этого не произошло, нужно либо использовать синхронизацию с помощью Mutex, либо руби 1.9. Ссылка на полный код для этой статьи в конце, т.к. я спешу перейти к более интересной части. :)

Слежение за потоками с помощью менеджера ThreadsWait

Совершенно недавно открыл для себя интересный способ следить за статусом пакетов в блокирующей и неблокирующей манере:

# coding: utf-8
require "thwait"

t1 = Thread.new do
  10.times { |i| puts "поток 1 тик #{i}"; sleep 0.5 }
end

t2 = Thread.new do
  10.times { |i| puts "поток 2 тик #{i}"; sleep 0.7 }
end

tw = ThreadsWait.new t1, t2

t3 = Thread.new do
  10.times { |i| puts "поток 3 тик #{i}"; sleep 0.3 }
end

run = true
tw.join_nowait t3

while run do
  begin
    # Неблокирующее ожидание
    puts "Закончил работу #{tw.next_wait(true).inspect }"
    run = false
  rescue ThreadsWait::ErrNoFinishedThread
    puts "Ожидаем окончания работы одного из потоков"
    sleep 0.5
  end
end

# Блокирующее ожидание
tw.all_waits do |t|
  puts "Закончил работу #{t.inspect}"
end

По-моему, весьма удобно, если вам нужно не просто ожидать окончания работы потоков, но ещё и делать что-то при этом.

Материалы для самостоятельного изучения

  1. Полный код статьи на github
  2. Документация ThreadsWait
  3. Толковая статья о многопотоковости и процессах в руби

16.06.2009 firtree_right Управление фотокамерой с помощью руби

Введение

По заказу neq4 в рамках одного из проектов сделал библиотеку для работы с камерами. Точнее, это оболочка вокруг библиотеки на C (libgphoto2) для использования в руби.

Пришлось, конечно, изучать тему расширения руби с помощью C, но сегодня я хотел написать не об этом, а наоборот о том, как пользоваться библиотекой на руби. Что называется, программировал на C, чтобы другим не пришлось :)

Оболочка собрана в виде gem и работает на Linux и Mac OS. То есть везде, где работает gphoto2.

Установка

Для того, чтобы собрать gem, кроме средств сборки и версии руби для разработчиков, нужна установденная версия libgphoto2 для разработчиков:

sudo apt-get install ruby-dev build-essential libgphoto2-dev

Теперь можно ставить gem:

sudo gem i gphoto4ruby

Инициализация и настройки камеры

О том, какие камеры совместимы, и как их подключать для работы достаточно много написано у создателей gphoto2. Скажу лишь, что те камеры, с которыми я работал, для подключения нужно было переводить в PTP-mode. После подключения:

require "rubygems"
require "gphoto4ruby"

c = GPhoto2::Camera.new

Чтобы получить текущее значение настройки камеры и управлять состоянием конкретной настройки, нужно проделать примерно следующее.

cfg = c.config      #{"capturemode" => "Single Shot",
                    # "exptime" => "0.125",
                    # "f-number" => "f/3.2", ...}
cfg.keys            # возможные настройки
c["f-number", :all] # ["f/2.8", "f/3.2", "f/3.5", ...]
                    # возможные значения
c["f-number"]       # текущее значение
c["f-number"] = "f/8" # вуаля! настройка на камере изменена

Не все настройки, имеющие несколько возможных значений, можно переключить с компьютера. Нельзя переключить то, для чего нужно что-то поворачивать или открывать на камере. Если вы что-то поменяли вручную на камере, то чтобы увидеть изменения параметра в объекте программы, нужно написать, например:

c["focusmode", :no_cache] # на Nikon D80 меняется переключателем

Съёмка

c.capture
c.capture.save.delete # сохранить снятую фотографию в текущую
                      # папку и удалить её с камеры
c.save :file => :last, :to_folder => "/home/sweet/home"
                      # сохранить последний из файлов в папку
c.save :file => c.files[3], :type => :preview, :new_name => "PREVIEW.JPG"
                      # загрузить превью фотографии под номером 4
                      # в списке файлов на карточке

При сохранении, если вы не делали съемку, могут быть тонкости связанные с тем, что нужно перейти в камере в нужную папку. Для этого есть ряд методов. Они хорошо описаны в документации по ссылке ниже.

Материалы для самостоятельного изучения

Библиотека libgphoto2 и инструмент для работы с камерами из командной строки gphoto2: есть FAQ. Документация оболочки gphoto4ruby: полный список классов и методов с примерами. Исходный код gphoto4ruby Расширение руби с помощью C