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多线程(英语:multithreading),是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程,进而提升整体处理性能。
多线程(英语:multithreading),是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程,进而提升整体处理性能。具有这种能力的系统包括对称多处理机、多核心处理器以及芯片级多处理(Chip-level multithreading)或同时多线程(Simultaneous multithreading)处理器。在一个程序中,这些独立运行的程序片段叫作“线程”(Thread),利用它编程的概念就叫作“多线程处理(Multithreading)”。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程(台湾译作“执行绪”),进而提升整体处理性能。
多线程(英语:multithreading),是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程,进而提升整体处理性能。具有这种能力的系统包括对称多处理机、多核心处理器以及芯片级多处理(Chip-level multithreading)或同时多线程(Simultaneous multithreading)处理器。在一个程序中,这些独立运行的程序片段叫作“线程”(Thread),利用它编程的概念就叫作“多线程处理(Multithreading)”。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程(台湾译作“执行绪”),进而提升整体处理性能。
硬件支持
多线程硬件支持的目标,即支持快速进行就绪态线程、执行态线程间的切换。为达成这个目标,需要硬件实现保存、恢复程序看得见的寄存器以及一些对程序执行有影响的控制寄存器(如程序计数器PC、程序状态寄存器SR)。从一个线程切换到另一个线程对硬件来讲意味着保存当前线程的一组寄存器的值,并恢复即将执行线程的一组寄存器的值。
新增这些功能的硬件有以下优势:
线程切换能够在一个 CPU 周期内完成(有些硬件甚至没有开销,上个周期在运行线程A,下个周期就已在运行线程B)。
每个线程看起来就像是独自运行的,即没有与其他线程共享硬件资源。对操作系统来说,通常每个线程都被视做独占一个处理器,这样将简化系统软件的设计(尤其是对于支持多线程的操作系统)。
为了在各个线程间有效率的进行切换,每个线程需要保存自己的一组寄存器集(register set)。有些硬件设计成每个处理器核心具有两组寄存器文件,以实现在多个线程间快速切换。
多线程有什么用?
这么解释问题吧:
1。单进程单线程:一个人在一个桌子上吃菜。
2。单进程多线程:多个人在同一个桌子上一起吃菜。
3。多进程单线程:多个人每个人在自己的桌子上吃菜。
多线程的问题是多个人同时吃一道菜的时候容易发生争抢,例如两个人同时夹一个菜,一个人刚伸出筷子,结果伸到的时候已经被夹走菜了。。。此时就必须等一个人夹一口之后,在还给另外一个人夹菜,也就是说资源共享就会发生冲突争抢。
1。对于 Windows 系统来说,【开桌子】的开销很大,因此 Windows 鼓励大家在一个桌子上吃菜。因此 Windows 多线程学习重点是要大量面对资源争抢与同步方面的问题。
2。对于 Linux 系统来说,【开桌子】的开销很小,因此 Linux 鼓励大家尽量每个人都开自己的桌子吃菜。这带来新的问题是:坐在两张不同的桌子上,说话不方便。因此,Linux 下的学习重点大家要学习进程间通讯的方法。
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补充:有人对这个开桌子的开销很有兴趣。我把这个问题推广说开一下。
开桌子的意思是指创建进程。开销这里主要指的是时间开销。
可以做个实验:创建一个进程,在进程中往内存写若干数据,然后读出该数据,然后退出。此过程重复 1000 次,相当于创建/销毁进程 1000 次。在我机器上的测试结果是:
UbuntuLinux:耗时 0.8 秒
Windows7:耗时 79.8 秒
两者开销大约相差一百倍。
这意味着,在 Windows 中,进程创建的开销不容忽视。换句话说就是,Windows 编程中不建议你创建进程,如果你的程序架构需要大量创建进程,那么最好是切换到 Linux 系统。
大量创建进程的典型例子有两个,一个是 gnu autotools 工具链,用于编译很多开源代码的,他们在 Windows 下编译速度会很慢,因此软件开发人员最好是避免使用 Windows。另一个是服务器,某些服务器框架依靠大量创建进程来干活,甚至是对每个用户请求就创建一个进程,这些服务器在 Windows 下运行的效率就会很差。这“可能”也是放眼全世界范围,Linux 服务器远远多于 Windows 服务器的原因。
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再次补充:如果你是写服务器端应用的,其实在现在的网络服务模型下,开桌子的开销是可以忽略不计的,因为现在一般流行的是按照 CPU 核心数量开进程或者线程,开完之后在数量上一直保持,进程与线程内部使用协程或者异步通信来处理多个并发连接,因而开进程与开线程的开销可以忽略了。
另外一种新的开销被提上日程:核心切换开销。
现代的体系,一般 CPU 会有多个核心,而多个核心可以同时运行多个不同的线程或者进程。
当每个 CPU 核心运行一个进程的时候,由于每个进程的资源都独立,所以 CPU 核心之间切换的时候无需考虑上下文。
当每个 CPU 核心运行一个线程的时候,由于每个线程需要共享资源,所以这些资源必须从 CPU 的一个核心被复制到另外一个核心,才能继续运算,这占用了额外的开销。换句话说,在 CPU 为多核的情况下,多线程在性能上不如多进程。
因而,当前面向多核的服务器端编程中,需要习惯多进程而非多线程。
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