多线程与多核编程.doc

第13章多线程与多核编程
多任务的并发执行会用到多线程（multithreading），而CPU的多核（mult-core）化又将原来只在巨型机中才使用的并行计算（parallelcomputing）带入普通PC应用的多核程序设计（multi-coreprogramming）中。
13.1进程与线程
进程（process）是执行中的程序，线程（thread）是一种轻量级的进程。
13.1.1进程与多任务
现代的操作系统都是多任务（multitask）的，即可同时运行多个程序。进程（process）是位于内存中正被CPU运行的可执行程序。参见图15-1。
程序=
进程（内存中）
可执行文件（磁/U/光盘上）
运行

图15-1程序与进程
目前的主流计算机采用的都是冯·诺依曼（JohnvonNeumann）体系结构——存储程序计算模型，程序（program）就是在内存中顺序存储并以线性模式在CPU中串行执行的指令序列。对于传统的单核CPU计算机，多任务操作系统的实现是通过CPU分时（time-sharing）和程序并发（concurrency）完成的。即在一个时间段内，操作系统将CPU分配给不同的程序，虽然每一时刻只有一个程序在CPU中运行，但是由于CPU的速度非常快，在很短的时间段中可在多个进程间进行多次切换，所以用户的感觉就像多个程序在同时执行，我们称之为多任务的并发。
13.1.2进程与线程
程序一般包括代码段、数据段和堆栈，对具有GUI（GraphicalUserInterfaces，图形用户界面）的程序还包含资源段。进程（process）是应用程序的执行实例，即正在被执行的程序。每个进程都有自己的虚拟地址空间，并拥有操作系统分配给它的一组资源，包括堆栈、寄存器状态等。
线程（thread）是CPU的调度单位，是进程中的一个可执行单元，是一条独立的指令执行路径。线程只有一组CPU指令、一组寄存器和一个堆栈，它本身没有其他任何资源，而是与拥有它的进程共享几乎一切，包括进程的数据、资源和环境变量等。线程的创建、维护和管理给操作系统的负担比进程要轻得多，所以才叫轻量级的进程（lightweightprocess）。
一个进程可以拥有多个线程，而一个线程只能属于一个进程。每个进程至少包含一个线程——主线程，它负责程序的初始化工作，并执行程序的起始指令。随后，主线程可为执行各种不同的任务而分别创建多个子线程。
一个程序的多个运行，可以通过启动该程序的多个实例（即多个进程）来完成，也可以只运行该程序的一个实例（一个进程），而由该进程创建多个线程来做到。显然后者要比前者更高效，更能节约系统的有限资源。这对需要在同一时刻响应成千上万个用户请求的Web服务器程序和网络数据库管理程序等来说是至关重要的。

多线程图示
其中：A为主线程，B、C、D皆为A的子线程
不同并行任务中的同名子线程可以互不相同

有关进程和线程的进一步内容，大家会在将来的操作系统课程中学到。
13.1.3多线程编程的困难
因为同一程序（进程）的多个线程共享同样的数据和资源，所以会出现同步、排队和竞争等问题，可能导致死锁、无限延迟和数据竞争等现象的发生，这些都需要我们在程序中加以解决。
MFC虽然提供了一个线程类和若干同步类，但是仍然属于线程的低级编程，既困难又繁琐。利用.NET框架类库中的线程命名空间下的线程类，则可以简化线程编程。
13.2MFC的进程和线程编程
使用传统的MFC/C++直接进行进程和线程编程异常复杂和繁琐，需要程序员自己处理线程间的同步、互斥、死锁等具体问题。
13.2.1创建、管理和终止进程
MFC中并没有提供处理进程的类，我们需要直接使用Windows的API函数来创建、管理和终止进程。

1．创建进程
下面的CreateProcess函数用于在当前进程中创建一个新进程（和其主线程），以运行指定（路径/文件名或命令行）的应用程序：
BOOLCreateProcess(//成功返回非0，失败返回0（可用GetLastError函数返回出错代码）
LPCTSTRlpApplicationName,//可执行文件的全路径或文件名，有命令行时可为NULL
LPTSTRlpCommandLine,//命令行参数字符串，有可应用名时可为NULL
LPSECURITY_ATTRIBUTESlpProcessAttributes,//进程的安全属性，NULL表默认安全
LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,//主线程的安全属性，NULL表默认安全
BOOLbInheritHandles,//子进程是否继承新进程的句柄
DWORDdwCreationFlags,//创建标志，用于设置进程的创建状态和优先级别，可为0