【正文】 Southeast University 東 南 大 學 什么是線程 ? 線程的生命周期 ?線程的標識 ?通常用一個整數(shù)來標識一個線程 ?線程的創(chuàng)建 ?自動創(chuàng)建從 main函數(shù)開始的主線程 ?調用函數(shù)庫接口創(chuàng)建一個新的線程 (pthread_create) ?線程的終止 ?執(zhí)行完畢，或者調用了 pthread_exit ?主線程退出導致整個進程會終止 14 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 什么是線程 ? 線程的狀態(tài) ?就緒（ ready）：線程等待可用的處理器。 ?運行（ running）：線程正在被執(zhí)行。 ?阻塞（ blocked）：線程正在等待某個事件的發(fā)生（比如 I/O的完成，試圖加鎖一個被上鎖的互斥量）。 ?終止（ terminated）：線程從起始函數(shù)中返回或者調用 pthread_exit。 15 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 什么是線程 ? 線程狀態(tài)的變遷 16 終 止運 行阻 塞就 緒調 度條 件 滿 足 等 待 資 源切 換被 創(chuàng) 建完 成 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 17 進程、線程和并行程序設計 ? 內容 ?進程的概念 ?什么是線程 ?線程的設計 ?互斥與同步 ?并行程序設計的常見問題 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 18 線程的設計 ? 為了功能而線程化 ? 為了性能而線程化 ?為了節(jié)省周轉時間而線程化 ?為了吞吐量提高而線程化 ? 分解工作 ?任務分解 ?數(shù)據(jù)分解 開發(fā)應用程序的時候進行線程化的最佳時機是設計階段 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 19 線程的設計 ? 為功能而線程化 ?分配不同的線程來完成應用程序的不同功能 ?這是最容易的方法，因為功能重疊的機會很罕見。 ?在一個應用程序中控制并發(fā)功能的執(zhí)行是比較容易的。 ?即使在計算間沒有直接的影響，功能之間的依賴性還會維持。 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 20 線程的設計 ? 為功能而線程化 ?舉例 : ?為了簡化代碼，為下列部分設計不同的線程 ? 輸入、圖形用戶界面、計算和輸出。 ?考慮在建一個房屋中的不同的人： ? 泥瓦匠 , 木匠 , 蓋屋頂?shù)娜?, 水暖工和油漆匠。 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 21 線程的設計 ? 為性能而線程化 ?通過將執(zhí)行在并行環(huán)境下的大量的計算分解開來進行應用程序的并行化，能夠提高計算的性能。 ?線程化是為了改善周轉周期和吞吐量 ?比如： ? 搜索太空實驗室碎片 ? 把全部搜索區(qū)域分成多個分段，并安排一個工人去搜索一個分段 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 22 線程的設計 ? 為縮短周轉周期而線程化 ?用可能的最小的時間完成一個任務 ?舉例：安排一個飯桌時候的不同任務： ?一個侍者擺放盤子。 ?一個侍者折疊和放置餐巾。 ?一個侍者擺放花和蠟燭。 ?一個侍者擺放器皿 ? 湯匙、刀子和叉子 ?一個侍者放玻璃杯 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 23 線程的設計 ? 為了吞吐量而線程化 ?在固定的時間內完成最多的任務 ?舉例：安排一個飯局時候的不同任務： ?對多個侍者的安排： ? 每個桌子安排一個侍者。 ? 一個侍者能擺放所有桌子的所有盤子；另一個可以擺放所有的玻璃杯；以此類推。 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 24 線程的設計 ? 任務分解（客戶 /服務器編程模式） ? 數(shù)據(jù)分解（工作組編程模式） ? 數(shù)據(jù)流分解（流水線編程模式） 分解 設計 評論 任務分解 不同的工作安排不同的線程 常見于有幾個獨立的功能的應用 數(shù)據(jù)分解 多個線程針對數(shù)據(jù)的不同部分執(zhí)行相同的操作 常見于音頻處理、圖像處理和科學計算程序中 數(shù)據(jù)流分解 一個線程的輸出是第二個線程的輸入 特別注意需要消除啟動和關閉延遲的情況 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 25 線程的設計 ? 線程化的好處 : ?提高性能 ?能夠使用多核處理器 ?線程共享數(shù)據(jù)會比較快，因為他們共享相同地址空間。 ?在多核處理器中使用多線程，你可以用更少的時間完成更多的任務。 ?更好的資源利用 ?線程甚至可以減少單核處理器的延遲。 ?有效的數(shù)據(jù)共享 ?使用共享存儲來共享數(shù)據(jù) 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 26 線程的設計 ? 使用線程的難點 ?數(shù)據(jù)競爭 ?死鎖 ?代碼復雜性 ?可移植性問題 ?測試和調試的難度 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 27 進程、線程和并行程序設計 ? 內容 ?進程的概念 ?什么是線程 ?線程的設計 ?互斥與同步 ?并行程序設計的常見問題 多核結構與程序設計 Southeast University 東 南 大 學 28 互斥與同步 ? 競爭條件 ? 為了使用共享資源，線程