[理学]多核架构及编程技术.ppt

第 三 章多 线 程 编 程 基 础 Hardware and Software Threading Why Thread Your Application? 多核与多线程编程 多核与多线程编程 从进程（Process）说起 1、进程的引入 多个程序在执行时，需要共享系统资源，从而导致各程序在执行过程中出现相互制约的关系，程序的执行表现出间断性的特征。 这些特征都是在程序的执行过程中发生的，是动态的过程，而传统的程序本身是一组指令的集合，是一个静态的概念，无法从程序的字面上看出它何时执行，何时停顿，也无法看出它与其它执行程序的关系。 因此，程序这个静态概念已不能如实反映程序并发执行过程的特征。为了深刻描述程序动态执行过程的性质，人们引入“进程（Process）”概念。 2、进程的概念 进程的概念是60年代初首先由麻省理工学院的MULTICS系统和IBM公司的CTSS/360系统引入的。 进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它可以申请和拥有系统资源，是一个动态的概念，是一个活动的实体。它不只是程序的代码，还包括当前的活动，通过程序计数器的值和处理寄存器的内容来表示。 进程是操作系统中最基本、重要的概念，是多任务程序系统出现后，为了刻画系统内部出现的动态情况，描述系统内部各道程序的活动规律引进的一个概念,所有并行程序设计操作系统都建立在进程的基础上。 凡是用于完成操作系统的各种功能的进程就是系统进程，它们就是处于运行状态下的操作系统本身； 用户进程就是所有由用户启动的进程。进程是操作系统进行资源分配的单位。 操作系统引入进程概念的原因: 从理论角度看，是对正在运行的程序过程的抽象； 从实现角度看，是一种数据结构，目的在于清晰地刻划动态系统的内在规律，有效管理和调度进入计算机系统主存储器运行的程序。 进程（Process）概念 进程(process) 离散的(执行)程序任务集合。 一个进程包括： 进程ID，进程组ID，用户ID，组ID； 环境 工作目录 程序指令 寄存器 堆栈（Stack） 堆（Heap） 文件描述符 信号操作 共享库 进程间通信工具 消息队列、管道、信号量、共享内存 3、进程的特征动态性：进程的实质是程序的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的。并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位；异步性：由于进程间的相互制约，使进程具有执行的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进结构特征：进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。 进程（Process）与程序 进程为应用程序的运行实例，是应用程序的一次动态执行。我们可以简单地理解为：它是操作系统当前运行的执行程序。在系统当前运行的执行程序里包括：系统管理计算机个体和完成各种操作所必需的程序；用户开启、执行的额外程序，当然也包括用户不知道，而自动运行的非法程序（它们就有可能是病毒程序）。 进程就像一个大容器，在应用程序被运行后，就相当于将应用程序装进容器里了，你可以往容器里加其他东西(如:应用程序在运行时所需的变量数据、需要引用的DLL文件等)，当应用程序被运行两次时，容器里的东西并不会被倒掉，系统会找一个新的进程容器来容纳它。 4、进程与程序的关系 程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念；而进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是一个动态的概念。 （1）程序可以作为一种软件资料长期存在，而进程是有一定生命期的。程序是永久的，进程是暂时的。 （2）进程更能真实地描述并发，而程序不能；进程是由程序和数据两部分组成的。 （3）进程具有创建其他进程的功能，而程序没有。 （4）同一程序同时运行于若干个数据集合上，它将属于若干个不同的进程。也就是说同一程序可以对应多个进程。  （5）在传统的操作系统中，程序并不能独立运行，作为资源分配和独立运行的基本单元都是进程。 5、进程与线程的关系 通常在一个进程中可以包含若干个线程，它们可以利用进程所拥有的资源。 在引入线程的操作系统中，通常都是把进程作为分配资源的基本单位，而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位。由于线程比进程更小，基本上不拥有系统资源，故对它的调度所付出的开销就会小得多，能更高效的提高系统内多个程序间并发执行的程度。 近年来推出的通用操作系统都引入了线程，以便进一步提高系统的并发性，并把它视为现代操作系统的一个重要指标。 进程与线程的关系（回顾） 程序在操作系统中作为进程方式存在、获取