Обзор потоков

Обзор потоков

Каждый процесс Win32 имеет один главный "поток", выполняющий функции точки входа в приложение. В следующей главе будет выяснено, как создавать дополнительные потоки и соответствующий программный код, применяя возможности пространства имен System.Threading, но пока что для освещения вопросов, представленных здесь, нам нужно выполнить определенную вспомогательную работу. Во-первых, заметим, что поток – это "нить" выполнения в рамках данного процесса. Первый поток, созданный точкой входа процесса, называется первичным потоком. Приложения Win32 с графическим интерфейсом пользователя определяют в качестве точки входа приложения метод WinMain(). Консольные приложения для этой цели используют метод Main(). Процессы, состоящие из одного первичного потока, будут потокоустойчивыми, поскольку в них в каждый момент времени только один поток может получить доступ к данным приложения. Однако одно-поточный процесс (особенно если он основан на графическом интерфейсе) часто бывает "склонен" не отвечать пользователю при выполнении потоком достаточно сложных действий (например, связанных с печатью большого текстового файла, запутанными вычислениями или попытками соединиться с удаленным сервером).

Учитывая эти потенциальные недостатки однопоточных приложений, Win32 API позволяет первичным потокам порождать дополнительные вторичные потоки (также называемые рабочими потоками), используя, например, такую удобную функцию Win32 API, как CreateThread(). Каждый поток (первичный или вторичный) в таком процессе становится уникальным элементом выполнения и получает доступ ко всем открытым элементам данных на условиях конкуренции.

Вы можете сами догадаться, что разработчики создают дополнительные потоки, как правило, для того, чтобы программа могла быстрее реагировать на. действия пользователя. Многопоточные процессы обеспечивают иллюзию того, что все действия выполняются приблизительно за одно и то же время. Например, приложение может порождать рабочий поток для выполнения действий, требующих много времени (снова вспомним о печати большого файла). Как только созданный вторичный поток начинает свою работу, главный поток снова получает возможность отвечать на пользовательский ввод, что позволяет процессу в целом потенциально обеспечить лучшую производительность. Хотя в реальности этого может и не произойти: использование слишком большого числа потоков в рамках одного процесса может ухудшить производительность, поскольку процессору придется часто переключаться между активными потоками (а это требует немало времени).

В реальности всегда следует учитывать то, что многопоточность является, по сути, иллюзией, обеспечиваемой операционной системой. Машины, основанные на одним процессоре, в действительности не способны обрабатывать несколько потоков одновременно. Вместо этого системы с одним процессором выделяют каждому потоку свою) часть времени (что называют квантованием времени) на основе уровня приоритета данного потока. Когда квант времени потока заканчивается, текущий поток приостанавливается, чтобы свою задачу мог выполнить другой поток. Чтобы поток "помнил", что происходило перед тем, как поток был временно "отодвинут в сторону", каждый поток получает возможность записать необходимые данные в блик TLS (Thread Local Storage – локальная память потока), и каждому потоку обеспечивается отдельный стек вызовов, как показано на рис. 13.2.

Если тема потоков для вас нова, не слишком беспокойтесь о деталях. На этот момент достаточно запомнить только то, что поток является уникальной "нитью" выполнения в рамках процесса Win32. Каждый процесс имеет первичный поток (создаваемый точкой входа в приложение) и может содержать дополнительные потоки, которые создаются программными средствами.

Замечание. Новые процессоры Intel имеют особенность, называемую технологией НТ (Hyper-Threading Technology – гиперпотоковая технология), которая позволяет одному процессору при определенных условиях обрабатывать множество потоков одновременно. Подробности описания этой технологии можно найти по адресу http://www.intel.com/info/hyperthreading.

Рис. 13.2. Взаимосвязь процесса и потоков Win32