多線程編程

    多線程編程是現代軟件技術中很重要的一個環節。要弄懂多線程，這就要牽涉到多進程？固然，要了解到多進程，就要涉及到操做系統。不過你們也沒關係張，聽我慢慢道來。這其中的環節其實並不複雜。

 

    （1）單CPU下的多線程

     在沒有出現多核CPU以前，咱們的計算資源是惟一的。若是系統中有多個任務要處理的話，那麼就須要按照某種規則依次調度這些任務進行處理。什麼規則呢？能夠是一些簡單的調度方法，好比說

    1）按照優先級調度

    2）按照FIFO調度

    3）按照時間片調度等等

    固然，除了CPU資源以外，系統中還有一些其餘的資源須要共享，好比說內存、文件、端口、socket等。既然前面說到系統中的資源是有限的，那麼獲取這些資源的最小單元體是什麼呢，其實就是進程。

    舉個例子來講，在linux上面每個享有資源的個體稱爲task_struct，實際上和咱們說的進程是同樣的。咱們能夠看看task_struct（linux 0.11代碼）都包括哪些內容，

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.  
    };

    每個task都有本身的pid，在系統中資源的分配都是按照pid進行處理的。這也就說明，進程確實是資源分配的主體。

    這時候，可能有朋友會問了，既然task_struct是資源分配的主體，那爲何又出來thread？爲何系統調度的時候是按照thread調度，而不是按照進程調度呢？緣由其實很簡單，進程之間的數據溝通很是麻煩，由於咱們之因此把這些進程分開，不正是但願它們之間不要相互影響嘛。

    假設是兩個進程之間數據傳輸，那麼須要若是須要對共享數據進行訪問須要哪些步驟呢，

    1）建立共享內存

    2）訪問共享內存->系統調用->讀取數據

    3）寫入共享內存->系統調用->寫入數據

    要是寫個代碼，你們可能就更明白了，

1.  
   #include <unistd.h>
2.  
   #include <stdio.h>
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.  
    }

 

    上面的代碼是一個建立子進程的代碼，咱們發現打印的value數值仍是10。儘管中間建立了子進程，修改了value的數值，可是咱們發現打印下來的數值並無發生改變，這就說明了不一樣的進程之間內存上是不共享的。

    那麼，若是修改爲thread有什麼好處呢？其實最大的好處就是每一個thread除了享受單獨cpu調度的機會，還能共享每一個進程下的全部資源。要是調度的單位是進程，那麼每一個進程只能幹一件事情，可是進程之間是須要相互交互數據的，而進程之間的數據都須要系統調用才能應用，這在無形之中就下降了數據的處理效率。

 

 

    （2）多核CPU下的多線程

    沒有出現多核以前，咱們的CPU其實是按照某種規則對線程依次進行調度的。在某一個特定的時刻，CPU執行的仍是某一個特定的線程。然而，如今有了多核CPU，一切變得不同了，由於在某一時刻頗有可能確實是n個任務在n個核上運行。咱們能夠編寫一個簡單的open mp測試一下，若是仍是一個核，運行的時間就應該是同樣的。

1.  
   #include <omp.h>
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）多線程編程

爲何要多線程編程呢？這其中的緣由不少，咱們能夠舉例解決

    1）有的是爲了提升運行的速度，好比多核cpu下的多線程

    2）有的是爲了提升資源的利用率，好比在網絡環境下下載資源時，時延經常很高，咱們能夠經過不一樣的thread從不一樣的地方獲取資源，這樣能夠提升效率

    3）有的爲了提供更好的服務，好比說是服務器

    4）其餘須要多線程編程的地方等等