Jak se vstupní stránka zobrazuje ve vyhledávání. SEO a propagace vstupní stránky jsou pracovní metody. Přizpůsobte stránku mobilním zařízením
Co má společného tričko a počítačový program? Oba se skládají z mnoha vláken! Zatímco nitě v tričku drží látku pohromadě, C nit (in doslova- "vlákna" nebo "vlákna") operačního systému sjednocují všechny programy, aby prováděly sekvenční nebo paralelní akce současně. Každé vlákno v programu identifikuje proces, který se spustí, když si to systém (systémové vlákno C) vyžádá. Tím se optimalizuje provoz tak složitého zařízení, jako je Osobní počítač a má pozitivní vliv na jeho rychlost a výkon.
Definice
V informatice je C, vlákno nebo vlákno provádění, nejmenší posloupnost příkazů, které jsou řízeny nezávislým plánovačem, který je obvykle součástí operačního systému.
Vlákna mají obvykle určitou prioritu, což znamená, že některá vlákna mají přednost před ostatními. Jakmile procesor dokončí zpracování jednoho vlákna, může spustit další, které čeká ve frontě. Čekání obvykle nepřesáhne několik milisekund. Počítačové programy, implementující „multitreading“, může spustit několik vláken najednou. Většina moderních operačních systémů podporuje C Thread to systémové úrovni. To znamená, že když se jeden program pokusí převzít všechny prostředky CPU, systém se násilně přepne na jiné programy a přinutí program podpory CPU, aby sdílel prostředky rovnoměrně.
Termín "vlákno" (C Thread) může také odkazovat na sérii Související příspěvky v online diskuzi. Webové nástěnky se skládají z mnoha témat nebo vláken. Odpovědi zveřejněné v reakci na původní příspěvek jsou součástí stejného vlákna. V e-mailem vlákno může odkazovat na řadu odpovědí ve formě příkazů "zpět" a "vpřed" souvisejících konkrétní zprávu a strukturovat strom konverzace.
C Thread Multithreading v systému Windows
V programování jednovláknové zpracování zpracovává vždy jeden příkaz. Opakem jediného vlákna je vícevláknové. Oba termíny jsou široce používány v komunitě funkčního programování.
Multithreading je podobný multitaskingu, ale umožňuje zpracovávat více vláken najednou, ale ne více procesů. Protože vlákna jsou menší a lépe zvládnutelné jednoduché instrukce vícevláknové zpracování může také nastat v rámci procesů.
Příklady nástroje úloh C Thread
Vícevláknový operační systém může současně spustit několik úkoly na pozadí jako je protokolování změn souborů, indexování dat a správa oken. Webové prohlížeče, které podporují multithreading, mohou otevřít více oken souběžná práce JavaScript a Flash. Pokud je program plně vícevláknový, neměly by se různé procesy vzájemně ovlivňovat, pokud má procesor dostatek výkonu, aby je zvládl.
Stejně jako multitasking i multithreading zlepšuje stabilitu programu. Vícevláknové zpracování může zabránit pádu programu a zabránit pádu vašeho počítače. Protože je každé vlákno zpracováváno samostatně, chyba v jednom z nich nemůže narušit chod PC. Multithreading tedy může vést k menšímu počtu pádů operačního systému jako celku.
Multitasking
Multitasking zpracovává více úkolů v a paralelní režim a také charakterizuje principy činnosti počítače. Procesor zvládne s naprostou přesností více procesů najednou. Zpracovává však pouze pokyny, které mu software posílá. Proto, aby bylo možné plně využít možnosti CPU, musí být software schopen zvládnout více než jednu úlohu současně a také být schopen multitaskingu.
Historická retrospektiva
Dřívější operační systémy mohly spouštět více programů najednou, ale nepodporovaly plně multitasking. Jeden program by mohl spotřebovat všechny prostředky CPU při provádění určité operace. Základní úlohy operačního systému, jako je kopírování souborů, bránily uživateli v provádění jiných úloh (například otevírání nebo zavírání oken).
Mezi moderní operační systémy patří plná podpora multitasking – několik softwarových řešení může pracovat současně, aniž by si vzájemně ovlivňovalo funkčnost.
Multitasking také zlepšuje stabilitu počítače. Pokud například selže jeden z procesů, neovlivní to ostatní spuštěné programy, protože počítač zpracovává každý proces samostatně. To lze přirovnat k procesu psaní dopisu: pokud jste uprostřed listu papíru a již jste napsali část textu, ale váš webový prohlížeč se nečekaně ukončí, pak nepřijdete o práci, kterou jste již dokončili .
Jednoprocesorové a víceprocesorové systémy
Implementace streamování a procesorové technologie se liší v závislosti na operačním systému, ale nejčastěji je vlákno součástí procesu. V jednom procesu může současně existovat několik vláken, které spouštějí a sdílejí prostředky. Zejména vlákna procesu C Thread se používají ve sdíleném režimu spustitelný kód a hodnotu proměnné v libovolném okamžiku.
Systémy s jedním procesorem implementují time multithreading: procesor(CPU) přepíná mezi různými vlákny software. Ve víceprocesorovém i vícejádrovém systému je paralelně vykonáváno několik vláken, přičemž každý procesor nebo jádro provádí současně samostatné vlákno.
Typy proudů
Plánovače procesů většiny moderních operačních systémů přímo podporují dočasné i víceprocesorové vytváření vláken, zatímco jádro operačního systému umožňuje vývojářům spravovat vlákna poskytováním požadované funkce přes rozhraní systémového volání. Některé implementace vláken se nazývají vlákna jádra, zatímco lehké procesy (LWP) jsou typem vláken, které mají stejné informační stav. Taky softwarová řešení mohou mít vlákna uživatelského prostoru, když se používají s časovači (časovač vlákna C), signály nebo jinými metodami k přerušení jejich vlastního provádění, prováděním určitého druhu časování ad hoc.
Vlákna a procesy: rozdíly
Vlákna se liší od klasických multitaskingových procesů OS v následujících charakteristikách:
procesy jsou obvykle nezávislé, zatímco vlákna existují jako podmnožiny procesu;
procesy snesou hodně více informací než teče;
procesy mají vyhrazené adresní prostory;
procesy interagují pouze prostřednictvím mechanismů systémové komunikace;
přepínání kontextu mezi vlákny v procesu probíhá rychleji než přepínání kontextu mezi procesy.
Preventivní a kolaborativní plánování
V multiplayeru operační systémy Preemptivní vlákno je šířeji používaný přístup ke kontrole doby provádění prostřednictvím přepínání kontextu. Proaktivní plánování však může vést k nekontrolovanému stanovení priorit a selhání. Naproti tomu kooperativní multithreading spoléhá na vlákna, aby se vzdaly kontroly provádění. To může způsobit problémy, pokud je sdílené multitaskingové vlákno blokováno čekáním na zdroj.
Vývoj technologie
Až do začátku roku 2000. na většině stolní počítače byl pouze jeden jednojádrový procesor, který nepodporoval hardwarová vlákna. V roce 2002 Společnost Intel implementována podpora pro simultánní multithreading na Procesor Pentium 4, který se nazývá Hyper-Threading. V roce 2005 byl představen dvoujádrový procesor a dvoujádrový procesor AMD Athlon 64 x 2.
Procesory v integrovaných systémech s vyššími požadavky v reálném čase jsou schopny vícevláknového zpracování, čímž zkracují dobu přepínání vláken a pro každé vlákno používají vyhrazený registrační soubor.
Modelky
Uveďme si hlavní implementační modely.
1:1 (vláknění na úrovni jádra) – Vlákna vytvořená uživatelem v jádře jsou nejjednodušší možnou implementací vláken. OS/2 a Win32 používají tento přístup nativně, zatímco na Linuxu implementuje Thread join tento přístup přes NPTL nebo starší LinuxThreads. Tento přístup využívají také Solaris, NetBSD, FreeBSD, macOS a iOS.
N: 1 (uživatelské vlákno) – Tento model vyžaduje, aby se všechna vlákna na úrovni aplikace mapovala na jeden plánovaný objekt na úrovni jádra. S tímto přístupem lze přepínání kontextu provést velmi rychle a navíc jej lze implementovat i na jádra, která nepodporují vytváření vláken. Jednou z hlavních nevýhod je však to, že z toho netěží hardwarová akcelerace na vícevláknových procesorech nebo počítačích. Například: pokud je třeba provést jedno z vláken, když je zadán požadavek I/O, celý proces je zablokován a nelze použít vlákno. V GNU Portable C Thread se používá jako zpracování proudu uživatelská úroveň.
M:N (hybridní implementace) - model mapuje řadu aplikačních vláken na nějaký N počet jaderných buněk neboli „virtuálních procesorů“. Toto je kompromis mezi vlákny na úrovni jádra ("1:1") a na úrovni uživatele ("N:1"). Streamovací systémy M:N jsou složitější a vyžadují změny jak jádra, tak uživatelského kódu. V implementaci M:N je knihovna pro zpracování vláken odpovědná za plánování vláken na dostupných plánovatelných entitách. Díky tomu je kontext optimální, protože se vyhne systémovým voláním. To však zvyšuje složitost a pravděpodobnost inverzí, stejně jako suboptimální plánování bez rozsáhlé (a drahé) koordinace mezi plánovačem uživatelského prostředí a plánovačem jádra.
Příklady hybridní implementace- aktivace plánovače používaná nativní implementací knihovny POSIX NetBSD (pro model M:N, na rozdíl od modelu implementace jádra 1:1 nebo modelu uživatelského prostoru).
Lehké procesy používané staršími verzemi operačního systému Systémy Solaris(Std Thread C toolkit).
Podpora programovacího jazyka
Mnoho formálních systémů podporuje funkci vláken. Implementace C a C++ implementují tuto technologii a poskytují přístup k nativním rozhraním API pro operační systém. Některé programovací jazyky jsou více vysoká úroveň, jako Jazyky Java,Python a .NET Framework, odhalují vlákna vývojářům a zároveň abstrahují specifické rozdíly v implementaci vláken za běhu. Další jazyková rozšíření se také pokoušejí abstrahovat od vývojáře koncept souběžnosti a vláken. Některé jazyky jsou navrženy pro sekvenční paralelismus pomocí GPU.
Řada interpretovaných jazyků má implementace, které podporují streamování a paralelní zpracování, ale ne paralelní provedení vlákna díky Global Interpreter Lock (GIL). GIL je zámek mutexu prováděný interpretem, který může zabránit současnému výkladu kódu aplikace ve dvou nebo více vláknech současně, což omezuje souběžnost na vícejádrových systémech.
Jiné programovací implementace, jako je Tcl, používají rozšíření Thread sleep C. Tím se vyhnete maximálnímu limitu GIL použitím modelu, kde musí být obsah a kód mezi vlákny explicitně „sdíleny“.
Aplikační programovací jazyky řízené událostmi, jako je Verilog a rozšíření Thread sleep C, mají jiný model vláken, který podporuje maximální počet vláken pro simulaci hardwaru.
Praktický multithreading
Vícevláknové knihovny zahájí volání funkce pro vygenerování nového vlákna, které přijímá funkční hodnotu jako parametr. Poté se vytvoří nové paralelní vlákno a spustí se zpracování běžící funkce s následným návratem. Programovací jazyky obsahují knihovny vláken, které obsahují funkce globální synchronizace, které umožňují vytvářet a úspěšně implementovat bezchybné multithreading pomocí mutexů, proměnlivé podmínky, kritické sekce, monitory a další typy synchronizace.
Od překladatele: tento článek je osmým ze série překladů oficiálního průvodce knihovnou SFML. Předchozí článek najdete Tento cyklus Cílem článků je poskytnout lidem, kteří nejsou kteří znají jazyk originál, možnost seznámit se s touto knihovnou. SFML je jednoduchá a multiplatformní multimediální knihovna. SFML poskytuje jednoduché rozhraní pro vývoj her a další multimediální aplikace. Původní článek lze nalézt. Pojďme začít.
Úvod
SFML má třídy zdrojů (obrázky, fonty, zvuky atd.). V mnoha programech budou tyto prostředky načteny ze souborů pomocí funkce loadFromFile. V některých situacích budou zdroje přímo zabaleny do spustitelný soubor nebo v velký soubor data a budou načteny z paměti pomocí funkce loadFromMemory. Tyto funkce mohou uspokojit téměř všechny potřeby, ale ne všechny.Můžete chtít stahovat soubory z neobvyklého umístění, jako je komprimovaný/šifrovaný archiv, nebo například ze vzdáleného umístění. síťové složky. Pro tyto zvláštní situace SFML poskytuje třetí funkci: loadFromStream. Tato funkce čte data pomocí abstraktního rozhraní sf::InputStream, které vám umožňuje mít vlastní implementaci streamové třídy, která bude pracovat s SFML.
Tento článek vám ukáže, jak psát a používat vlastní třídy vláken.
Standardní vlákna C++?
Stejně jako mnoho jiných jazyků, C++ již obsahuje třídu datového proudu: std::istream. Ve skutečnosti existují dvě takové třídy: std::istream je pouze front-end řešení, abstraktní rozhraní k datům získaným ze std::streambuf .Bohužel tyto třídy nejsou uživatelsky přívětivé – řešení netriviálního problému pomocí těchto tříd může být velmi složité. Knihovna Boost.Iostreams má za cíl poskytnout jednoduché rozhraní pro standardní proudy, ale Boost je velká závislost.
Z tohoto důvodu poskytuje SFML svou vlastní třídu streamu, která je doufejme jednodušší a rychlejší než výše uvedené.
Vícevláknové modely. Implementace multithreadingu v OS, stejně jako mnoho dalších funkcí, má několik úrovní abstrakce. Nejvyšší z nich je uživatelská úroveň. Z pohledu uživatele a jeho programů je řízení vláken realizováno prostřednictvím knihovny uživatelská vlákna. Konkrétní operace s uživatelskými vlákny budou podrobněji probrány o něco později. Prozatím jen poznamenáváme, že existuje několik modelů vláken na uživatelské úrovni, včetně:
- POSIX Pthreads - zadané proudy standard POSIX a používá se v aplikacích POSIX (probráno dále v této přednášce);
- Mac C-vlákna– uživatelská vlákna v systém MacOS;
- Vlákna Solaris– uživatelská vlákna v OS Solaris (probráno dále v této přednášce).
Volají se nízkoúrovňová vlákna, do kterých jsou mapována uživatelská vlákna jaderná vlákna. Jsou podporovány a používány na úrovni jádra operačního systému. Stejně jako přístupy toku uživatelů, architektura a implementační přístupy systémová vlákna a mapování uživatelských vláken na systémová vlákna v různých operačních systémech se například liší. vlastní modely Vlákna jádra s vlastními specifiky jsou implementována v následujících OS:
- Windows 95/98/NT/2000/XP/2003/2008/7;
- Solaris;
- Tru64 UNIX;
- BeOS;
- Linux.
Existují různé vícevláknové modely– způsoby mapování uživatelských vláken na vlákna jádra. Následující multithreadingové modely jsou teoreticky možné (a implementovány v praxi):
Modelka mnoho/jeden (mnoho na jednoho)– mapování více uživatelských vláken na stejné vlákno jádra. Používá se v operačních systémech, které nepodporují více systémových vláken (například pro úsporu paměti). Tento model zobrazeno na rýže. 10.2.
Rýže. 10.2. Schéma multithreadingového modelu "mnoho/jeden".
Modelka jeden / jeden (jeden na jednoho)– mapování 1:1 každého uživatelského vlákna na konkrétní vlákno jádra. Příklady OS používajících tento model jsou Windows 95/98/NT/2000/XP/2003/2008/7; OS/2. Tento model je zobrazen v rýže. 10.3.
Rýže. 10.3. Schéma jednoho/jednoho vícevláknového modelu.
Modelka hodně / mnoho (mnoho-k-mnoho)– model, který umožňuje mapování více uživatelských vláken na více systémových vláken. Tento model umožňuje vytvoření OS velké číslo systémová vlákna. Typickým příkladem operačního systému využívajícího podobný model je operační systém Solaris a také Windows NT / 2000 / XP / 2003 / 2008 / 7 s balíčkem ThreadFiber. Tento model je zobrazen v rýže. 10.4.
Rýže. 10.4. Diagram multithreadingového modelu many/many.
Konec práce -
Toto téma patří do sekce:
Přednáška pojednává o pojmu vlákno a vícevláknové vícevláknové zpracování
Přednáška pojednává o konceptu vlákna a vícevláknového provádění vícevláknových modelů vícevláknových uživatelských vláken a... obsah úvod jednovláknové a vícevláknové procesy historie vícevláknového uživatele...
Pokud potřebuješ doplňkový materiál na toto téma, nebo jste nenašli, co jste hledali, doporučujeme použít vyhledávání v naší databázi prací:
Co uděláme s přijatým materiálem:
Pokud byl pro vás tento materiál užitečný, můžete si jej uložit na svou stránku na sociálních sítích:
| tweet |
Všechna témata v této sekci:
Jednovláknové a vícevláknové procesy
Bohužel až dosud zůstává myšlení mnoha programátorů při vývoji programů čistě sekvenční. Nebere se v úvahu dostatek příležitostí paralelismus, zejména multithreading. Po před
Historie multithreadingu
Je zajímavé poznamenat, že jeden z prvních kroků k širokému využití multithreadingu byl zřejmě učiněn v 70. letech 20. století sovětskými vývojáři počítačového hardwaru a softwaru.
Problémy s vícevlákny
Multithreading je velmi složitá, dosud ne zcela prostudovaná a zejména ne zcela formalizovaná oblast, ve které je mnoho zajímavých problémů. Podívejme se na některé z nich.
Vlákna a procesy v Solarisu
Operační systém Solaris, jak již bylo uvedeno, používá model mnoha/mnoha vláken. Systém navíc využívá i nám již známý koncept odlehčeného procesu.
Streamy v Javě
Jak již bylo uvedeno, Java je první platformou pro vývoj programů, ve které je podporován multithreading na úrovni jazykových a základních knihoven. Vlákna v Javě lze vytvářet následujícími způsoby:
Klíčové výrazy
Mac C-threads – uživatelská vlákna v systému MacOS. POSIX Pthreads jsou vlákna specifikovaná standardem POSIX a používaná v aplikacích POSIX. Vlákna Solaris - uživatel
Model mnoha/více vláken je model s více vlákny, ve kterém lze různá uživatelská vlákna mapovat na různá vlákna jádra.
Modelová šarže/ jeden - model multithreading, kde lze na jedno jádrové vlákno namapovat více uživatelských vláken
Stručné shrnutí
Multi-threading je moderní oblast programování, zvláště důležitá kvůli rozšířenému používání paralelního počítačové architektury. tok – zvláštní druh proces
Otázky
Co je tok? Jaký je rozdíl mezi jednovláknovými a vícevláknovými procesy? Jaké jsou výhody multithreadingu? Ve kterém systému byl koncept procesu poprvé implementován?
Cvičení
Analyzujte a popište výhody, nevýhody a problémy multithreadingu. Implementujte jeden/jeden vícevláknový model. Implementujte model s více/jednovláknovým závitem.
Témata pro semestrální práce, abstrakty, eseje
Historie konceptu vlákna a multithreadingu v operačních systémech a programovacích jazycích (abstrakt). Přehled multithreadingu v UNIX, Linux, Solaris (abstrakt). Multipo Review
