Нити
4.4. Нити
Философия дешевых процессов подразумевает, что процесс может быть создан легко и быстро. С одной стороны, это позволяет в максимальной степени обеспечивать распараллеливание работ по решению нескольких задач или внутри одной задачи. Но с другой стороны, если ОС выполняет большой объем работ по управлению ресурсами, то создание нового процесса и выделение ему ресурсов не может обойтись без значительных "накладных расходов". Преодоление этого противоречия было найдено в концепции "нитей" (thread, часто переводится также как "поток"), реализованной в большинстве современных ОС и зафиксированной в стандартах POSIX и DCE. Нитью называется отдельная ветвь выполнения процесса. Процесс может состоять из одной или нескольких нитей, которые совместно используют ресурсы процесса, но являются самостоятельными объектами при планировании процессорного времени. Таким образом, нити одного процесса могут выполняться параллельно. Концепция не оговаривает, какие именно ресурсы являются общими, а какие - локальными для нити. В большинстве современных ОС помимо ресурса процессорного времени и вектора состояния процесса, нить имеет собственный:
- вектор состояния,
- приоритет,
- стек (в стеке же размещаются и локальные переменные).
Прочие же ресурсы: общие переменные, файлы, средства взаимодействия и т. д. - являются общими для нити и породившего ее процесса.
Любой процесс состоит из одной или нескольких нитей. Первая нить - основная - порождается системой при запуске процесса. Основная нить может порождать дочерние нити вызовом типа: tid = createThread(thr_addr, stack).
Параметрами вызова являются: thr_addr - адрес нити; stack - адрес стека, выделяемого для нити (стек может также назначаться системой по умолчанию). Вызов возвращает идентификатор нити.
В программе (на языке C, например) нить выглядит как обычная функция. Вышеприведенный вызов передает управление на эту функцию и далее выполнение функции происходит параллельно с выполнением основной программы. Поскольку при порождении каждой новой нити выделяется отдельный стек, одна и та же функция может выполняться в составе двух и более параллельных нитей. При порождении новая нить наследует приоритет породившей ее, но далее этот приоритет может быть изменен. Отношения между основной и дочерней нитями похожи на отношения между процессами - родителем и потомком, рассмотренные в предыдущем разделе.
Для управления выполнением нитей в рамках одного процесса обычно в составе API ОС имеются системные вызовы, позволяющие приостановить выполнение нити и вновь разрешить ее выполнение: suspendThread(tid); resumeThread(tid);
Отметим две особенности, связанные с возможностью порождения нитей, которые создают некоторые дополнительные трудности для пользователей и для ОС. Во-первых, - трудность для пользователей - поскольку нити разделяют общие ресурсы процесса, на программиста ложится задача обеспечить корректность совместного использования ресурсов (см. главы 8 и 9). Во-вторых, - трудность для ОС - усложняется задача планировщика процессорного времени: теперь единицей планирования становится не процесс, а нить и планировщик должен обеспечивать справедливость распределения ЦП как между процессами, так и между нитями в каждом процессе.
