Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

6.9. Измените программу JobShell таким образом, чтобы информация сохранялась в реестре, а не во временном файле.

6.10. Измените программу JobShell таким образом, чтобы процессы связывались с объектом задачи. Наложите временные и другого рода ограничения на объекты задач, предоставив пользователю возможность ввода числовых значений некоторых из этих ограничений.

6.11. Улучшите программу JobShell таким образом, чтобы команда jobs обеспечивала подсчет числа дескрипторов, используемых каждой из задач. Подсказка. Воспользуйтесь функцией GetProcessHandleCount, для которой требуется NT 5.1.

6.12. Создайте проект Version (находится на Web-сайте), использующий программу verison.c. Попытайтесь произвести пробные запуски этой программы под управлением как можно большего числа различных версий Windows, к которым у вас имеется доступ, включая Windows 9x и NT 4.0, если это возможно. Каковы старшие и младшие номера версий для этих систем, полученные вами, и какую дополнительную информацию о версиях вам удалось получить?

Основной единицей выполнения в Windows является поток, и одновременно несколько потоков могут выполняться в рамках одного процесса, разделяя его адресное пространство и другие ресурсы. В главе 6 процессы ограничивались только одним потоком, однако существует много ситуаций, в которых возможность использования более одного потока была бы весьма желательной. Настоящая глава посвящена описанию потоков и иллюстрации областей их применения. Глава 8 продолжает эту тему описанием объектов синхронизации и анализом как положительных, так и отрицательных аспектов использования потоков, в то время как в главе 9 исследуется проблема повышения производительности и компромиссные способы ее решения. В главе 10 описываются методы и модели программирования объектов синхронизации, позволяющие значительно упростить проектирование и разработку надежных многопоточных программ. Эти методы применяются далее во всей оставшейся части книги.

Завершается настоящая глава кратким обсуждением облегченных потоков, посредством которых можно создавать отдельные задачи в контексте потоков. Ввиду того, что облегченные потоки используются довольно редко, можно предположить, что многие читатели предпочтут пропустить этот материал при первом чтении.

Поток (thread) — это независимая единица выполнения в контексте процесса. Программист, разрабатывающий многопоточную программу, должен организовать выполнение потоков таким образом, чтобы это позволило упростить программу и воспользоваться предоставляемыми самим хост-компьютером возможностями распараллеливания задач.

При традиционном подходе программы выполняются в виде единственного потока. Несмотря на возможность организации параллельного выполнения нескольких процессов, что было продемонстрировано на ряде примеров в главе 6, и даже их взаимодействия между собой посредством таких механизмов, как разделение памяти или каналы (глава 11), однопоточные процессы имеют ряд недостатков.

• Переключение между выполняющимися процессами потребляет заметную долю временных и других ресурсов ОС, а в случаях, аналогичных многопроцессному поиску (grepMP, программа 6.1), все процессы заняты выполнением одной и той же программы. Организация параллельной обработки файла с помощью потоков в контексте единственного процесса позволяет снизить общие накладные расходы системы.

• Не считая случаев разделения памяти, между процессами существует лишь слабая взаимосвязь, а организация разделения ресурсов, например, открытых файлов, вызывает затруднения.

• С использованием только однопоточных процессов трудно организовать простое и эффективное управление несколькими параллельно выполняющимися задачами, взаимодействующими между собой, в таких, например, случаях, как ожидание и обработка пользовательского ввода, ожидание ввода из файла или сети и выполнение вычислений.

• Тесно связанные с выполнением операций ввода/вывода программы, подобные рассмотренной в главе 2 программе преобразования файлов из ASCII в Unicode (atou, программа 2.4), вынуждены ограничиваться простой моделью "чтение-изменение-запись". При обработке последовательностей файлов гораздо эффективнее инициализировать выполнение как можно большего числа операций чтения. Windows NT предлагает дополнительные возможности перекрывающегося асинхронного ввода/вывода (глава 14), однако потоки позволяют добиться того же эффекта с меньшими усилиями.

• В SMP-системах планировщик Windows распределяет выполнение отдельных потоков между различными процессорами, что во многих случаях приводит к повышению производительности.

В этой главе обсуждаются потоки и способы управления ими. Использование потоков рассматривается на примере задач параллельного поиска и многопоточной сортировки содержимого файлов. Эти две задачи позволяют сопоставить применение потоков в операциях ввода/вывода и в операциях, связанных с выполнением интенсивных вычислений. Кроме того, в этой главе представлен общий обзор планирования выполнения процессов и потоков в Windows.

Согласно принятой в этой и последующих главах точке зрения использование потоков не только позволяет упростить проектирование и реализацию некоторых программ, но и (при условии соблюдения нескольких элементарных правил и следования определенным моделям программирования) обеспечивает повышение производительности и надежности программ, а также делает более понятной их структуру и облегчает их обслуживание. Функции управления потоками весьма напоминают функции управления процессами, так что, например, наряду с функцией GetProcessExitCode существует также функция GetThreadExitCode.

Указанная точка зрения не является общепринятой. Многие авторы и разработчики программного обеспечения обращают внимание на всевозможные риски и проблемы, которые возникают в случае использования потоков, и отдают предпочтение использованию нескольких процессов, когда требуется параллелизм операций. К числу проблем упомянутого рода относятся следующие:

• Поскольку потоки разделяют общую память и другие ресурсы, принадлежащие одному процессу, существует вероятность того, что один поток может случайно изменить данные, относящиеся к другому потоку.

• При определенных обстоятельствах вместо улучшения производительности может наблюдаться ее резкое ухудшение.

• Разделение потоками общей памяти и других ресурсов в контексте одного процесса может стать причиной нарушения условий состязаний между процессами и вызывать блокирование некоторых из них.