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多线程编程是现代软件技术中很重要的一个环节。要弄懂多线程,这就要牵涉到多进程?当然,要了解到多进程,就要涉及到操作系统。不过大家也不要紧张,听我慢慢道来。这其中的环节其实并不复杂。
(1)单CPU下的多线程 在没有出现多核CPU之前,我们的计算资源是唯一的。如果系统中有多个任务要处理的话,那么就需要按照某种规则依次调度这些任务进行处理。什么规则呢?可以是一些简单的调度方法,比如说 “ 1)按照优先级调度 2)按照FIFO调度 3)按照时间片调度等等 当然,除了CPU资源之外,系统中还有一些其他的资源需要共享,比如说内存、文件、端口、socket等。既然前面说到系统中的资源是有限的,那么获取这些资源的最小单元体是什么呢,其实就是进程。 举个例子来说,在Linux上面每一个享有资源的个体称为task_struct,实际上和我们说的进程是一样的。我们可以看看task_struct(linux 0.11代码)都包括哪些内容, 1. struct task_struct { 2. /* these are hardcoded - don't touch */ 3. long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ 4. long counter; 5. long priority; 6. long signal; 7. struct sigaction sigaction[32]; 8. long blocked; /* bitmap of masked signals */ 9. /* various fields */ 10. int exit_code; 11. unsigned long start_code,end_code,end_data,brk,start_stack; 12. long pid,father,pgrp,session,leader; 13. unsigned short uid,euid,suid; 14. unsigned short gid,egid,sgid; 15. long alarm; 16. long utime,stime,cutime,cstime,start_time; 17. unsigned short used_math; 18. /* file system info */ 19. int tty; /* -1 if no tty, so it must be signed */ 20. unsigned short umask; 21. struct m_inode * pwd; 22. struct m_inode * root; 23. struct m_inode * executable; 24. unsigned long close_on_exec; 25. struct file * filp[NR_OPEN]; 26. /* ldt for this task 0 - zero 1 - cs 2 - ds&ss */ 27. struct desc_struct ldt[3]; 28. /* tss for this task */ 29. struct tss_struct tss; 30. }; 每一个task都有自己的pid,在系统中资源的分配都是按照pid进行处理的。这也就说明,进程确实是资源分配的主体。 这时候,可能有朋友会问了,既然task_struct是资源分配的主体,那为什么又出来thread?为什么系统调度的时候是按照thread调度,而不是按照进程调度呢?原因其实很简单,进程之间的数据沟通非常麻烦,因为我们之所以把这些进程分开,不正是希望它们之间不要相互影响嘛。 假设是两个进程之间数据传输,那么需要如果需要对共享数据进行访问需要哪些步骤呢 “ 1)创建共享内存 2)访问共享内存->系统调用->读取数据 3)写入共享内存->系统调用->写入数据 要是写个代码,大家可能就更明白了, 1. #include 2. #include 3. 4. int value = 10; 5. 6. int main(int argc, char* argv[]) 7. { 8. int pid = fork(); 9. if(!pid){ 10. Value = 12; 11. return 0; 12. } 13. printf("value = %d/n", value); 14. return 1; 15. } 上面的代码是一个创建子进程的代码,我们发现打印的value数值还是10。尽管中间创建了子进程,修改了value的数值,但是我们发现打印下来的数值并没有发生改变,这就说明了不同的进程之间内存上是不共享的。 那么,如果修改成thread有什么好处呢?其实最大的好处就是每个thread除了享受单独cpu调度的机会,还能共享每个进程下的所有资源。要是调度的单位是进程,那么每个进程只能干一件事情,但是进程之间是需要相互交互数据的,而进程之间的数据都需要系统调用才能应用,这在无形之中就降低了数据的处理效率。 (2)多核CPU下的多线程 没有出现多核之前,我们的CPU实际上是按照某种规则对线程依次进行调度的。在某一个特定的时刻,CPU执行的还是某一个特定的线程。然而,现在有了多核CPU,一切变得不一样了,因为在某一时刻很有可能确实是n个任务在n个核上运行。我们可以编写一个简单的open mp测试一下,如果还是一个核,运行的时间就应该是一样的。 1. #include 2. #define MAX_VALUE 10000000 3. 4. double _test(int value) 5. { 6. int index; 7. double result; 8. 9. result = 0.0; 10. for(index = value + 1; index < MAX_VALUE; index +=2 ) 11. result += 1.0 / index; 12. 13. return result; 14. } 15. 16. void test() 17. { 18. int index; 19. int time1; 20. int time2; 21. double value1,value2; 22. double result[2]; 23. 24. time1 = 0; 25. time2 = 0; 26. 27. value1 = 0.0; 28. time1 = GetTickCount(); 29. for(index = 1; index < MAX_VALUE; index ++) 30. value1 += 1.0 / index; 31. 32. time1 = GetTickCount() - time1; 33. 34. value2 = 0.0; 35. memset(result , 0, sizeof(double) * 2); 36. time2 = GetTickCount(); 37. 38. #pragma omp parallel for 39. for(index = 0; index < 2; index++) 40. result[index] = _test(index); 41. 42. value2 = result[0] + result[1]; 43. time2 = GetTickCount() - time2; 44. 45. printf("time1 = %d,time2 = %d/n",time1,time2); 46. return; 47. } (3)多线程编程 为什么要多线程编程呢?这其中的原因很多,我们可以举例解决 1)有的是为了提高运行的速度,比如多核cpu下的多线程 2)有的是为了提高资源的利用率,比如在网络环境下下载资源时,时延常常很高,我们可以通过不同的thread从不同的地方获取资源,这样可以提高效率 3)有的为了提供更好的服务,比如说是服务器 4)其他需要多线程编程的地方等等 |
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