Потоки
Статья из серии "Программирование для Linux", журнал Linux Format
,
| “Processes are like human beings... A small difference is that sex is not really common among processes as each process has just one parent.” | ||
| Daniel P. Bovet, Marco Cesati, Understanding the Linux Kernel, 3rd Edition |
Многопоточность является естественным продолжением многозадачности, точно также как виртуальные машины, позволяющие запускать несколько ОС на одном компьютере, представляют собой логическое развитие концепции разделения ресурсов. В рамках неформального, но простого, определения, поток - это выполнение последовательности машинных инструкций. В многопоточном приложении одновременно работает несколько потоков. Некоторые авторы избегают термина «поток» и используют вместо него термин «нить», вероятно для того, чтобы потоки программ не путались с потоками ввода-вывода. Для обозначения последовательного выполнения цепочки инструкций мне лично больше нравится термин «поток», которым я и буду пользоваться. Надеюсь, читатели Linux Format не запутаются в контекстах и, встретив слово поток, всегда поймут, идет ли речь о потоках программы, потоках ввода вывода, или о бурных паводковых потоках.
Прежде чем приступать к программированию потоков, следует ответить на вопрос, а нужны ли они вам. Мы уже знаем, насколько хорошо развиты в Linux средства межпроцессного взаимодействия. С помощью управления процессами в Linux можно решить многие задачи, которые в других ОС решаются только с помощью потоков. Потоки часто становятся источниками программных ошибок особого рода. Эти ошибки возникают при использовании потоками разделяемых ресурсов системы (например, общего адресного пространства) и являются частным случаем более широкого класса ошибок – ошибок синхронизации. Если задача разделена между независимыми процессами, то доступом к их общим ресурсам управляет операционная система, и вероятность ошибок из-за конфликтов доступа снижается. Впрочем, разделение задачи между несколькими независимыми процессами само по себе не защитит вас от других разновидностей ошибок синхронизации. В пользу потоков можно указать то, что накладные расходы на создание нового потока в многопоточном приложении ниже, чем накладные расходы на создание нового самостоятельного процесса. Уровень контроля над потоками в многопоточном приложении выше, чем уровень контроля приложения над дочерними процессами. Кроме того, многопоточные программы не склонны оставлять за собой вереницы зомби или «осиротевших» независимых процессов.
Первая подсистема потоков в Linux появилась около 1996 года и называлась, без лишних затей, – LinuxThreads. Рудимент этой подсистемы, который вы найдете в любой современной системе Linux, – файл /usr/include/pthread.h, указывает год релиза – 1996 и имя разработчика – Ксавье Лерой (Xavier Leroy). Библиотека LinuxThreads была попыткой организовать поддержку потоков в Linux в то время, когда ядро системы еще не предоставляло никаких специальных механизмов для работы с потоками. Позднее разработку потоков для Linux вели сразу две конкурирующие группы – NGPT и NPTL. В 2002 году группа NGPT фактически присоединилась к NPTL и теперь реализация потоков NPTL является стандартом Linux. Подсистема потоков Linux стремится соответствовать требованиям стандартов POSIX, так что новые многопоточные приложения Linux должны без проблем компилироваться на новых POSIX-совместимых системах.
