多线程编程

    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？固然，要了解到多进程，就要涉及到操做系统。不过你们也没关系张，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以前，咱们的计算资源是惟一的。若是系统中有多个任务要处理的话，那么就须要按照某种规则依次调度这些任务进行处理。什么规则呢？能够是一些简单的调度方法，好比说

    1）按照优先级调度

    2）按照FIFO调度

    3）按照时间片调度等等

    固然，除了CPU资源以外，系统中还有一些其余的资源须要共享，好比说内存、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。

    举个例子来讲，在linux上面每个享有资源的个体称为task_struct，实际上和咱们说的进程是同样的。咱们能够看看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.  
    };

    每个task都有本身的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，那为何又出来thread？为何系统调度的时候是按照thread调度，而不是按照进程调度呢？缘由其实很简单，进程之间的数据沟通很是麻烦，由于咱们之因此把这些进程分开，不正是但愿它们之间不要相互影响嘛。

    假设是两个进程之间数据传输，那么须要若是须要对共享数据进行访问须要哪些步骤呢，

    1）建立共享内存

    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，你们可能就更明白了，

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.  
    }

 

    上面的代码是一个建立子进程的代码，咱们发现打印的value数值仍是10。尽管中间建立了子进程，修改了value的数值，可是咱们发现打印下来的数值并无发生改变，这就说明了不一样的进程之间内存上是不共享的。

    那么，若是修改为thread有什么好处呢？其实最大的好处就是每一个thread除了享受单独cpu调度的机会，还能共享每一个进程下的全部资源。要是调度的单位是进程，那么每一个进程只能干一件事情，可是进程之间是须要相互交互数据的，而进程之间的数据都须要系统调用才能应用，这在无形之中就下降了数据的处理效率。

 

 

    （2）多核CPU下的多线程

    没有出现多核以前，咱们的CPU其实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执行的仍是某一个特定的线程。然而，如今有了多核CPU，一切变得不同了，由于在某一时刻颇有可能确实是n个任务在n个核上运行。咱们能够编写一个简单的open mp测试一下，若是仍是一个核，运行的时间就应该是同样的。

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）多线程编程

为何要多线程编程呢？这其中的缘由不少，咱们能够举例解决

    1）有的是为了提升运行的速度，好比多核cpu下的多线程

    2）有的是为了提升资源的利用率，好比在网络环境下下载资源时，时延经常很高，咱们能够经过不一样的thread从不一样的地方获取资源，这样能够提升效率

    3）有的为了提供更好的服务，好比说是服务器

    4）其余须要多线程编程的地方等等