Многопоточность

Многопото́чность — свойство операционной системы, заключающееся в том, что задача может выполняться в более чем 1 потоке, за счёт чего достигается более эффективное использование ресурсов вычислительной машины. Как правило, операционные системы, реализующие многозадачность, реализуют и многопоточность.

Сутью многопоточности является квазимногозадачность на уровне одного исполняемого процесса, т.е. все потоки выполняются в адресном пространстве процесса. На момент выполнения процесса он имеет как минимум один (главный) поток.

К достоинствам многопоточности в программировании можно отнести следующее:

  • Упрощение программы в некоторых случаях, за счет использования общего адресного пространства.
  • Меньшие относительно процесса временные затраты на создание потока.
  • Повышение производительности процесса за счет распараллелизации процессорных вычислений и операций ввода/вывода.

Типы реализации потоков

  • Поток в пространстве пользователя. Каждый процесс имеет таблицу потоков, аналогичную таблице процессов ядра.

Достоинства и недостатки этого типа следующие:

Достоинства

  1. возможность реализации на ядре не поддерживающем многопоточность
  2. Более быстрое переключение, создание и завершение потоков
  3. процесс может иметь собственный алгоритм планирования.

Недостатки

  1. Отсутствие прерывания по таймеру внутри одного процесса
  2. При использовании блокирующего системного запроса все остальные потоки блокируются.
  3. Сложность реализации
  • Поток в пространстве ядра. Наряду с таблицей процессов в пространстве ядра имеется таблица потоков.
  • Смешанная реализация. Потоки работают в режиме пользователя, но при системных вызовах переключаются в режим ядра. Переключение в режим ядра и обратно является ресурсоемкой операцией и отрицательно сказывается на производительности системы. Поэтому было введено понятие волокна - облегченного потока, выполняемого исключительно в режиме пользователя. У каждого потока может быть несколько волокон. Подобный тип многопоточности реализован в ОС Windows.

Взаимодействие потоков

В многопоточной среде часто возникают проблемы, связанные с использованием параллельно исполняемыми потоками одних и тех же данных или устройств. Для решения подобных проблем используются такие методы взаимодействия потоков, как взаимоисключения (мьютексы), семафоры, критические секции и события

  • Взаимоисключения (mutex, мьютекс) - это объект синхронизации, который устанавливается в особое сигнальное состояние, когда не занят каким-либо потоком. Только один поток владеет этим объектом в любой момент времени, отсюда и название таких объектов - одновременный доступ к общему ресурсу исключается. После всех необходимых действий мьютекс освобождается, предоставляя другим потокам доступ к общему ресурсу.
  • Семафоры представляют собой доступные ресурсы, которые могут быть приобретены несколькими потоками в одно и то же время, пока пул ресурсов не опустеет. Тогда дополнительные потоки должны ждать, пока требуемое количечтво ресурсов не будет снова доступно. Семафоры очень эффективны, поскольку они позволяют одновременный доступ к ресурсам.
  • Критические секции обеспечивают синхронизацию подобно мьютексам за исключением того, что объекты, представляющие критические секции, доступны в пределах одного процесса. События, мьютексы и семафоры также можно использовать в однопроцессном приложении, однако критические секции обеспечивают более быстрый и более эффективный механизм взаимно-исключающей синхронизации. Подобно мьютексам объект, представляющий критическую секцию, может использоваться только одним потоком в данный момент времени, что делает их крайне полезными при разграничении доступа к общим ресурсам.
  • События. События полезны в тех случаях, когда необходимо послать сообщение потоку, сообщающее, что произошло определенное событие. Например, при асинхронных операциях ввода и вывода из одного устройства, система устанавливает событие в сигнальное состояние когда заканчивается какая-либо из этих операций. Один поток может использовать несколько различных событий в нескольких перекрывающихся операциях, а затем ожидать прихода сигнала от любого из них.

Ссылки

 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home