6.2. Основные операции с потоками

1. Создание нового потока: pthread_cteate в UNIX, CreateThread в Windows. Основным параметром этих функций является имя процедуры, которую необходимо запустить в новом потоке. В Windows имеется также функция CreateRemoteThread, позволяющая создать поток в другом процессе.

2. Прекращение работы потока. Завершить поток можно изнутри самого потока функцией pthread_exit в UNIX, ExitThread в Windows. После этого поток исчезает и уже не рассматривается планировщиком. Завершить поток можно также из другого потока при помощи функции pthread_cancel в UNIX, TerminateThread в Windows.

3. Ожидание потоком завершения другого определенного потока выполняется при помощи функции pthread_join в UNIX, WaitForSingleObject и WaitForMultipleObject в Windows.

4. Поток может добровольно уступить свою очередь другому потоку при помощи функций pthread_yield в UNIX, SwitchToThread и SuspendThread в Windows.

6.3. Способы реализации потоков в пространстве пользователя

Пакет поддержки потоков целиком размещается в пространстве пользователя (рис. 6.1, а).

Ядро ОС ничего не знает о потоках и управляет обычными, однопоточными процессами. Каждый процесс имеет собственную таблицу потоков. Когда поток собирается выполнить действие, которое может привести к локальной блокировке, он вызывает процедуру из пакета поддержки потоков. Процедура сохраняет состояние потока в таблице потоков, ищет в таблице поток, готовый к запуску, и загружает в регистры его состояние.

Реализация потоков в пространстве пользователя обеспечивает следующие преимущества.

1. Можно реализовать в ОС, не поддерживающей потоки.

2. Переключение потоков происходит на порядок быстрее, чем в режиме ядра.

3. Каждый процесс может иметь свой собственный алгоритм планирования.

4. Приложения лучше масштабируются.

Проблемы, возникающие при реализации потоков в пространстве пользователя: блокирующий системный вызов в одном из потоков остановит все потоки процесса; при запуске одного потока ни один другой поток не будет запущен, пока первый поток добровольно не отдаст процессор.

В пространстве ядра

Таблица потоков располагается в ядре (рис. 6.1, б). Ядро также содержит обычную таблицу процессов. Все запросы, которые могут блокировать поток, реализуются как системные вызовы. Когда поток блокируется, ядро ОС запускает другой поток из этого же процесса либо поток из другого процесса. Недостатком такого подхода является увеличение накладных расходов при операциях с потоками из-за большой цены системных запросов.

Смешанная реализация

Ядро ОС знает только о потоках своего уровня и управляет ими (рис. 6.1, в). Некоторые из потоков ядра могут содержать по несколько потоков пользовательского уровня, которые управляются так же, как потоки в системе, не поддерживающей многопоточность. В данном подходе совмещаются достоинства первых двух методов.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите две различные и потенциально незавимые характеристики, содержащиеся в понятии процесса.

2. Дайте определение понятию "поток".

3. Перечислите отличия процессов от потоков.

4. Какие ресурсы обычно совместно используются всеми потоками процесса?

5. Перечислите основные операции с потоками.

6. Перечислите причины, по которым переключение потоков обходится дешевле, чем переключение процессов.

7. Перечислите способы реализации потоков по отношению к коду ОС.

8. Перечислите преимущества потоков на пользовательском уровне по сравнению с потоками на уровне ядра.

9. Может ли поток быть прерван прерыванием по таймеру? Если да, то при каких обстоятельствах? Если нет, то почему?