【正文】 1 線程 2 t=x x=t+1 u=x x=u+2 如果一開(kāi)始 x=0，那么結(jié)束的時(shí)候 x=? 線程 1 線程 2 x+=1 x+=2 a[i]+=1 a[j]+=1 *p+=1 *q+=1 Foo(1) Foo(2) add [edi],1 add [edi],2 注意 : x+=1 編譯成 t=x。 ? 一個(gè)侍者能擺放所有桌子的所有盤子；另一個(gè)可以擺放所有的玻璃杯；以此類推。 ?線程化是為了改善周轉(zhuǎn)周期和吞吐量 ?比如： ? 搜索太空實(shí)驗(yàn)室碎片 ? 把全部搜索區(qū)域分成多個(gè)分段，并安排一個(gè)工人去搜索一個(gè)分段 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì) Southeast University 東 南 大 學(xué) 22 線程的設(shè)計(jì) ? 為縮短周轉(zhuǎn)周期而線程化 ?用可能的最小的時(shí)間完成一個(gè)任務(wù) ?舉例：安排一個(gè)飯桌時(shí)候的不同任務(wù)： ?一個(gè)侍者擺放盤子。 ?即使在計(jì)算間沒(méi)有直接的影響，功能之間的依賴性還會(huì)維持。 ?阻塞（ blocked）：線程正在等待某個(gè)事件的發(fā)生（比如 I/O的完成，試圖加鎖一個(gè)被上鎖的互斥量）。 ?當(dāng)一個(gè)線程阻塞時(shí)，其他線程仍然可以運(yùn)行。 CODE DATA FILE REG STACK thread CODE DATA FILE REG STACK REG STACK REG STACK thread 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì) Southeast University 東 南 大 學(xué) 9 什么是線程 ? 使用線程優(yōu)于進(jìn)程的地方 ?創(chuàng)建一個(gè)線程比創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程的代價(jià)要小 ?線程的切換比進(jìn)程間的切換代價(jià)小 ?多線程可以充分利用多處理器 ?數(shù)據(jù)共享 ?數(shù)據(jù)共享使得線程之間的通信比進(jìn)程間的通信更高效 ?快速響應(yīng)特性 ?在系統(tǒng)繁忙的情況下，進(jìn)程通過(guò)獨(dú)立的線程及時(shí)響應(yīng)用戶的輸入 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì) Southeast University 東 南 大 學(xué) 10 什么是線程 ? 線程級(jí)別 ?用戶級(jí)線程 ?有關(guān)線程的所有管理工作都由在用戶級(jí)實(shí)現(xiàn)的線程庫(kù)來(lái)支持 ?因操作系統(tǒng)調(diào)度進(jìn)程而被同時(shí)調(diào)度 ?由線程 API來(lái)創(chuàng)建和管理，無(wú)需內(nèi)核參與，操作更快 ? OpenMP, Pthreads, Windows thread API ?進(jìn)程中的所有線程將共享相同的時(shí)間片 ?當(dāng)一個(gè)線程被掛起，同一進(jìn)程中的其他線程也會(huì)被掛起，因此并行性不高 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì) Southeast University 東 南 大 學(xué) 11 什么是線程 ? 線程的級(jí)別 ?內(nèi)核級(jí)線程 ?內(nèi)核級(jí)線程由操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度與管理 ?并行度高 ? 當(dāng)一個(gè)線程被掛起，同一進(jìn)程的其他線程依然可以運(yùn)行。 ?在分布式存儲(chǔ)模式下，通信要依賴網(wǎng)絡(luò)。 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì) Southeast University 東 南 大 學(xué) 6 進(jìn)程、線程和并行程序設(shè)計(jì) ? 內(nèi)容 ?進(jìn)程的概念 ?什么是線程 ?線程的設(shè)計(jì) ?互斥與同步 ?并行程序設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì) Southeast University 東 南 大 學(xué) 7 什么是線程 ? 進(jìn)程 (process)與線程 (thread) ?進(jìn)程不適合細(xì)粒度的共享存儲(chǔ)并行程序設(shè)計(jì) ?一個(gè)進(jìn)程有一個(gè)主線程來(lái)初始化進(jìn)程和開(kāi)始執(zhí)行指令。 ? 在進(jìn)程中的不同內(nèi)核線程能夠運(yùn)行在不同的 CPU或核中。 ?多對(duì)多模型 ?將 m個(gè)用戶級(jí)線程影射到 n個(gè)內(nèi)核級(jí)線程， m≥n ?用戶可以創(chuàng)建所需要的用戶級(jí)線程，通過(guò)分配適當(dāng)數(shù)目的內(nèi)核級(jí)線程獲得并發(fā)執(zhí)行的優(yōu)勢(shì)并節(jié)省系統(tǒng)資源。 ?終止（ terminated）：線程從起始函數(shù)中返回或者調(diào)用 pthread_exit。 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì) Southeast University 東 南 大 學(xué) 20 線程的設(shè)計(jì) ? 為功能而線程化 ?舉例 : ?為了簡(jiǎn)化代碼，為下列部分設(shè)計(jì)不同的線程 ? 輸入、圖形用戶界面、計(jì)算和輸出。 ?一個(gè)侍者折疊和放置餐巾。 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì) Southeast University 東 南 大 學(xué) 24 線程的設(shè)計(jì) ? 任務(wù)分解（客戶 /服務(wù)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(shè)計(jì) 評(píng)論 任務(wù)分解 不同的工作安排不同的線程 常見(jiàn)于有幾個(gè)獨(dú)立的功能的應(yīng)用 數(shù)據(jù)分解 多個(gè)線程針對(duì)數(shù)據(jù)的不同部分執(zhí)行相同的操作 常見(jiàn)于音頻處理、圖像處理和科學(xué)計(jì)算程序中 數(shù)據(jù)流分解 一個(gè)線程的輸出是第二個(gè)線程的輸入 特別注意需要消除啟動(dòng)和關(guān)閉延遲的情況 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì) Southeast University 東 南 大 學(xué) 25 線程的設(shè)計(jì) ? 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(huì)比較快，因?yàn)樗麄児蚕硐嗤刂房臻g。 x=t+1 隱含的數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng) 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì) Southeast University 東 南 大 學(xué) 30 互斥與同步 ? 互斥 ?臨界區(qū) ?是代碼中訪問(wèn)（讀和寫）共享變量的那部分代碼 ?多個(gè)線程訪問(wèn)同一個(gè)臨界區(qū)的原則： ? 一次最多只能一個(gè)線程停留在臨界區(qū)內(nèi) ? 不能讓一個(gè)線程無(wú)限地停留在臨界區(qū)內(nèi)，否則其他線程將不能進(jìn)入該臨界區(qū) ?互斥 ?線程互斥 是指對(duì)于共享資源，在各線程訪問(wèn)時(shí)的排它性 ?舉例：銀行的保管箱 ?維護(hù)人員確?；コ? 進(jìn)入?yún)^(qū) 退出區(qū) 臨界區(qū) 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì) Southeast University 東 南 大 學(xué) 31 互斥與同步 ? 同步 ?線程同步 是指線程之間所具有的一種制約關(guān)系，一個(gè)線程的執(zhí)行依賴另一線程的消息，當(dāng)