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C++多线程-单CPU下的多线程

多线程编程是现代软件技术中很重要的一个环节。要弄懂多线程,这就要牵涉到多进程?当然,要了解到多进程,就要涉及到操作系统。不过大家也不要紧张,听我慢慢道来。这其中的环节其实并不复杂。

单CPU下的多线程

在没有出现多核CPU之前,我们的计算资源是唯一的。如果系统中有多个任务要处理的话,那么就需要按照某种规则依次调度这些任务进行处理。什么规则呢?可以是一些简单的调度方法,比如说 1)按照优先级调度 2)按照FIFO调度 3)按照时间片调度等等 当然,除了CPU资源之外,系统中还有一些其他的资源需要共享,比如说内存、文件、端口、socket等。既然前面说到系统中的资源是有限的,那么获取这些资源的最小单元体是什么呢,其实就是进程。 举个例子来说,在linux上面每一个享有资源的个体称为task_struct,实际上和我们说的进程是一样的。我们可以看看task_struct(linux 0.11代码)都包括哪些内容,

struct task_struct {  
/* these are hardcoded - don't touch */  
    long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */  
    long counter;  
    long priority;  
    long signal;  
    struct sigaction sigaction[32];  
    long blocked;   /* bitmap of masked signals */  
/* various fields */  
    int exit_code;  
    unsigned long start_code,end_code,end_data,brk,start_stack;  
    long pid,father,pgrp,session,leader;  
    unsigned short uid,euid,suid;  
    unsigned short gid,egid,sgid;  
    long alarm;  
    long utime,stime,cutime,cstime,start_time;  
    unsigned short used_math;  
/* file system info */  
    int tty;        /* -1 if no tty, so it must be signed */  
    unsigned short umask;  
    struct m_inode * pwd;  
    struct m_inode * root;  
    struct m_inode * executable;  
    unsigned long close_on_exec;  
    struct file * filp[NR_OPEN];  
/* ldt for this task 0 - zero 1 - cs 2 - ds&ss */  
    struct desc_struct ldt[3];  
/* tss for this task */  
    struct tss_struct tss;  
}; 

每一个task都有自己的pid,在系统中资源的分配都是按照pid进行处理的。这也就说明,进程确实是资源分配的主体。

这时候,可能有朋友会问了,既然task_struct是资源分配的主体,那为什么又出来thread?为什么系统调度的时候是按照thread调度,而不是按照进程调度呢?原因其实很简单,进程之间的数据沟通非常麻烦,因为我们之所以把这些进程分开,不正是希望它们之间不要相互影响嘛。 假设是两个进程之间数据传输,那么需要如果需要对共享数据进行访问需要哪些步骤呢, 1)创建共享内存 2)访问共享内存->系统调用->读取数据 3)写入共享内存->系统调用->写入数据 要是写个代码,大家可能就更明白了,

#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>  
  
int value = 10;  
  
int main(int argc, char* argv[])  
{  
    int pid = fork();  
    if(!pid){  
        Value = 12;  
        return 0;  
    }  
    printf("value = %d\n", value);  
    return 1;  
}  

上面的代码是一个创建子进程的代码,我们发现打印的value数值还是10。尽管中间创建了子进程,修改了value的数值,但是我们发现打印下来的数值并没有发生改变,这就说明了不同的进程之间内存上是不共享的。

那么,如果修改成thread有什么好处呢?其实最大的好处就是每个thread除了享受单独cpu调度的机会,还能共享每个进程下的所有资源。要是调度的单位是进程,那么每个进程只能干一件事情,但是进程之间是需要相互交互数据的,而进程之间的数据都需要系统调用才能应用,这在无形之中就降低了数据的处理效率。

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