Здавалка
Главная | Обратная связь

Теоретические сведения.



В операционных системах нити являются параллельными потоками выполнения в составе одного процесса. (Некоторые переводчики переводят термин "thread" - "нить" – как "поток".) В составе процесса может быть запушено несколько нитей, которые выполняются параллельно (или квазипараллельно - в режиме разделения времени процессора). Можно считать (и в некоторых операционных системах это действительно так), что в любом процессе имеется по крайней мере одна нить - главная - та, в которой выполняется функция main. Главная нить может порождать другие нити. В программе процесса нить имеет вид процедуры/функции, которая вызывается специальным системным вызовом и после вызова выполняется параллельно с запустившей ее нитью.

Нити, принадлежащие одному процессу, совместно используют почти все ресурсы своего процесса. Однако у каждой нити имеются и некоторые собственные ресурсы. Очевидно, что первым таким собственным ресурсом нити является процессорное время. Два других собственных ресурса нити - вектор состояния и стек. Наличие у нити собственного вектора состояния позволяет системе прерывать и возобновлять выполнение нитей, то есть, планировать нити в режиме вытесняющей многозадачности. Наличие у нити собственного стека позволяет запускать на параллельное выполнение несколько экземпляров одной и той же процедуры/функции. Поскольку локальные переменные функции размещаются в стеке, каждая нить имеет свой набор локальных переменных, которые независимы от других нитей. Статические же переменные программы - общие для всех нитей, также все нити используют один и тот же экземпляр кода функции.

При введении понятия нитей разработчики систем имели в виду два их возможных предназначения:

· во-первых, создание нитей происходит быстрее, чем создание процесса, таким образом, нити подходят для задач, требующих быстрого распараллеливания с минимальными накладными расходами (например, распараллеливания выполнения запроса к базе данных);

· во-вторых, поскольку нити совместно используют ресурсы своего процесса, они являются удобным способом программирования тесно связанных параллельных работ, то есть, таких, которые используют большой объем совместных данных и других ресурсов.

Поскольку статическая память программы - общая для всех нитей, при работе с совместно используемыми переменными возможны конфликты доступа. Конфликты могут возникать при одновременном обращении к таким переменным. Проявляются такие конфликты не в отказе в доступе или в фатальных ошибках, а в возможном нарушении целостности совместно используемых данных. Ответственность за сохранение такой целостности лежит на программисте. Программист должен обеспечить, чтобы логически законченные операции над совместно используемыми данными выполнялись как транзакции, то есть, во время их выполнения другие нити, выполняющиеся параллельно, не могли изменять значения этих же данных. Участки кода программы, выполняющие такую работу с совместно используемыми ресурсами, называются критическими секциями. Для обеспечения целостности требуется, чтобы две или более нитей не могли находиться своих критических секциях одновременно. Это - проблема, наиболее часто возникающая при программировании многопоточных приложений, однако, задачи синхронизации и подсчета ресурсов в таких приложениях также возникают. Для решения этой проблемы можно применять обычные семафоры - как и в аналогичных задачах для процессов. Однако целей работы с нитями во многих операционных системах вводятся специальные средства, предназначенные для обеспечения взаимодействий только в пределах одного процесса. Это «считающие» семафоры (счетчики ресурсов), исключающие семафоры и сигнализирующие семафоры. Фактически все эти средства представляют собой обычные семафоры, используемые только в пределах одного процесса, однако, интерфейсы этих средств отличается от интерфейса семафоров процессов и является более специфичными и удобным в применении.

Стандартами POS1X и Single Unix Specification установлен API для нитей. Стандартный API обеспечивается функциями библиотеки pthread

Ниже перечислены функции <pthread.h>, соответствующие стандарту, которые обеспечивают основные связанные с работой нитей операции в ОС Unix. (Перечислены не все возможности библиотеки pthread).

Функция pthread create создает новую нить. Этой функции передается указатель на атрибуты выполнения нити (большинство нитей выполняется со стандартными атрибутами), указатель на потоковую функцию (функцию, выполняемую в нити), параметр потоковой функции, адрес переменной типа pthread_t, в которую pthread_create записывает идентификатор созданной нити. Функция pthread_create запускает потоковую функцию в новой нити, и она выполняется параллельно с другими нитями процесса.

Синтаксис

# include <pthread.h>

int pthread_create(pthread_t *threadid, pthread attr_t. *attr, void *function, void *arg);

Описание

Функция pthread_create создает новую нить и записывает ее идентификатор по адресу, содержащемуся в аргументе threadid.

Аргумент attr указывает на объект атрибутов нити. При использовании стандартных атрибутов его значение может задаваться NULL.

Аргумент function является адресом функции, выполняемой в нити. Прототип этой функции:

void *имя_функции(void *);

Аргумент arg передается функции, выполняемой в нити.







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.