多线程及多核编程

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1、第13章多线程与多核编程多任务的并发执行会用到多线程（multithreading），而CPU的多核（mult-core）化又将原来只在巨型机中才使用的并行计算（parallelcomputing）带入普通PC应用的多核程序设计（multi-coreprogramming）中。13.1进程与线程进程（process）是执行中的程序，线程（thread）是一种轻量级的进程。13.1.1进程与多任务现代的操作系统都是多任务（multitask）的，即可同时运行多个程序。进程（process）是位于内存中正被CPU运行的可执行程序

2、。参见图15-1。程序=进程（内存中）可执行文件（磁/U/光盘上）运行图15-1程序与进程目前的主流计算机采用的都是冯·诺依曼（JohnvonNeumann）体系结构——存储程序计算模型，程序（program）就是在内存中顺序存储并以线性模式在CPU中串行执行的指令序列。对于传统的单核CPU计算机，多任务操作系统的实现是通过CPU分时（time-sharing）和程序并发（concurrency）完成的。即在一个时间段内，操作系统将CPU分配给不同的程序，虽然每一时刻只有一个程序在CPU中运行，但是由于CPU的速度非常快，在

3、很短的时间段中可在多个进程间进行多次切换，所以用户的感觉就像多个程序在同时执行，我们称之为多任务的并发。13.1.2进程与线程程序一般包括代码段、数据段和堆栈，对具有GUI（GraphicalUserInterfaces，图形用户界面）的程序还包含资源段。进程（process）是应用程序的执行实例，即正在被执行的程序。每个进程都有自己的虚拟地址空间，并拥有操作系统分配给它的一组资源，包括堆栈、寄存器状态等。线程（thread）是CPU的调度单位，是进程中的一个可执行单元，是一条独立的指令执行路径。线程只有一组CPU指令、一组

4、寄存器和一个堆栈，它本身没有其他任何资源，而是与拥有它的进程共享几乎一切，包括进程的数据、资源和环境变量等。线程的创建、维护和管理给操作系统的负担比进程要轻得多，所以才叫轻量级的进程（lightweightprocess）。一个进程可以拥有多个线程，而一个线程只能属于一个进程。每个进程至少包含一个线程——主线程，它负责程序的初始化工作，并执行程序的起始指令。随后，主线程可为执行各种不同的任务而分别创建多个子线程。一个程序的多个19运行，可以通过启动该程序的多个实例（即多个进程）来完成，也可以只运行该程序的一个实例（一个进程）

5、，而由该进程创建多个线程来做到。显然后者要比前者更高效，更能节约系统的有限资源。这对需要在同一时刻响应成千上万个用户请求的Web服务器程序和网络数据库管理程序等来说是至关重要的。多线程图示其中：A为主线程，B、C、D皆为A的子线程不同并行任务中的同名子线程可以互不相同13.1.3多线程编程的困难因为同一程序（进程）的多个线程共享同样的数据和资源，所以会出现同步、排队和竞争等问题，可能导致死锁、无限延迟和数据竞争等现象的发生，这些都需要我们在程序中加以解决。MFC虽然提供了一个线程类和若干同步类，但是仍然属于线程的低级编程，既

6、困难又繁琐。利用.NET框架类库中的线程命名空间下的线程类，则可以简化线程编程。13.5.2多核处理器多核，即多微处理器核心，是将两个或更多的独立处理器核封装在一个集成电路（IC）芯片中的一种方案。一般说来，多核心微处理器允许一个计算设备，在不需要将多个处理器核心分别进行独立的物理封装情况下，可以执行某些形式的线程级并行处理（Thread-LevelParallelism，TLP）。这种形式的TLP，通常被认为是芯片级别的多处理（Chip-levelMultiProcessing，CMP）。191．多核构架按硬件层次划分，多

7、核的种类有：l芯片级（多核芯片）：片上多核处理器（ChipMulti--Processor，CMP）就是将多个计算内核集成在一个处理器芯片中，从而提高计算能力。按计算内核的对等与否，CMP可分为同构多核（如Intel和Sun）和异构多核（如IBM）。CPU核心数据共享与同步，包括总线共享Cache结构（每个CPU内核拥有共享的二级或三级Cache，用于保存比较常用的数据，并通过连接核心的总线进行通信。例如Intel的Core2Due和Corei7）和基于片上互连的结构（每个CPU核心具有独立的处理单元和Cache，各个CPU

8、核心通过交叉开关或片上网络等方式连接在一起。例如Intel的PentiumD和Core2Quad）。参见下图：浮点处理单元执行核一级高速缓存浮点处理单元执行核一级高速缓存二级高速缓存系统总线IntelCore2Due的平面和逻辑结构图l板级：在一块主板上集成多个（多核）芯片。参见下图：l机