9 ) Потоки (нити, облегченный процесс)

2.2.1 Понятие потока

Каждому процессу соответствует адресное пространство и одиночный поток исполняемых команд. В многопользовательских системах, при каждом обращении к одному и тому же сервису, приходится создавать новый процесс для обслуживания клиента. Это менее выгодно, чем создать квазипараллельный поток внутри этого процесса с одним адресным пространством.

 

Сравнение многопоточной системы с однопоточной

10) Модель потока

С каждым потоком связывается:

• Счетчик выполнения команд

• Регистры для текущих переменных

• Стек

• Состояние

Потоки делят между собой элементы своего процесса:

• Адресное пространство

• Глобальные переменные

• Открытые файлы

• Таймеры

• Семафоры

• Статистическую информацию.   

В остальном модель идентична модели процессов.

В POSIX и Windows есть поддержка потоков на уровне ядра.

В Linux есть новый системный вызов clone для создания потоков, отсутствующий во всех остальных версиях системы UNIX.

В POSIX есть новый системный вызов pthread_create для создания потоков.

В Windows есть новый системный вызов Createthread для создания потоков

11) Преимущества использования потоков Упрощение программы в некоторых случаях, за счет использования общего адресного пространства.

 Быстрота создания потока, по сравнению с процессом, примерно в 100 раз.

 Повышение производительности самой программы, т.к. есть возможность одновременно выполнять вычисления на процессоре и операцию ввода/вывода. Пример: текстовый редактор с тремя потоками может одновременно взаимодействовать с пользователем, форматировать текст и записывать на диск резервную копию.

12) Реализация потоков в пространстве пользователя, ядра и смешанное

А - потоки в пространстве пользователя

B - потоки в пространстве ядра

В случае А ядро о потоках ничего не знает. Каждому процессу необходима таблица потоков, аналогичная таблице процессов.

Преимущества случая А:

• Такую многопоточность можно реализовать на ядре не поддерживающим многопоточность

• Более быстрое переключение, создание и завершение потоков

• Процесс может иметь собственный алгоритм планирования.

Недостатки случая А:

• Отсутствие прерывания по таймеру внутри одного процесса

• При использовании блокирующего (процесс переводится в режим ожидания, например: чтение с клавиатуры, а данные не поступают) системного запроса все остальные потоки блокируются.

• Сложность реализации

Мультиплексирование потоков пользователя в потоках ядра

Поток ядра может содержать несколько несколько потоков пользователя.

13) Взаимодействие между процессами

Ситуации, когда приходится процессам взаимодействовать:

• Передача информации от одного процесса другому

• Контроль над деятельностью процессов (например: когда они борются за один ресурс)

• Согласование действий процессов (например: когда один процесс поставляет данные, а другой их выводит на печать. Если согласованности не будет, то второй процесс может начать печать раньше, чем поступят данные).

Два вторых случая относятся и к потокам. В первом случае у потоков нет проблем, т.к. они используют общее адресное пространство.