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多核多线程支持PPT课件

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第十二章多线程PPT教学课件

第十二章多线程PPT教学课件

对多线程的综合支持是Java语言的一个重要特色，它提 供了Thread类来实现多线程。在Java中，线程可以认为是由 三部分组成的：
▪ 虚拟CPU，封装在ng.Thread类中，它控制着整
个线程的运行；
▪ 执行的代码，传递给Thread类，由Thread类控制顺序
执行；
▪ 处理的数据，传递给Thread类，是在代码执行过程中
多线程——在一个程序中实现并发
编程语言一般提供了串行程序设计的方法 计算机的并发能力由操作系统提供 Java在语言级提供多线程并发的概念
2020/12/10
3
1、多线程基本概念
以前所编写的程序，每个程序都有一个入口、一个出口以 及一个顺序执行的序列，在程序执行过程中的任何指定时刻， 都只有一个单独的执行点。
2020/12/10
4
1、多线程基本概念
2020/12/10
5
1、多线程基本概念
从逻辑的观点来看，多线程意味着一个程序的多行语句同 时执行，但是多线程并不等于多次启动一个程序，操作系统 也不会把每个线程当作独立的进程来对待：
两者的粒度不同，是两个不同层次上的概念。进程是由 操作系统来管理的，而线程则是在一个程序（进程）内。
第十二章 多线程
多线程基本概念 创建线程的方式 线程的生命周期及控制 线程的优先级及调度 多线程的互斥与同步 守护线程 (Daemon) 线程组 (ThreadGroup)
2020/12/10
1
线程的概念
进程是指运行中的应用程序，每一个进程都有 自己独立的内存空间。对一个应用程序可以同 时启动多个进程。例如每次执行JDK的java.exe 程序，就启动了一个独立的Java虚拟机进程， 该进程的任务是解析并执行Java程序代码。
多核程序设计ppt课件

多核程序设计ppt课件


14
▪ 示例
临界区(1)
怎么办？
int Global_Sum;
CRITICAL_SECTION g_cs;
此程序段为包含共享数
DWORD WINAPI threadFunc(LPVOID arg) 据Global_Sum的一段代
{
码，称为临界区。多个
int mySum=bigCompute();
线程同时运行，有可能
➢进程内的多个线程可以对同一 个内存单元进行读和写操作， 所以必须要采取显式同步机制。
➢ 在同一个进程的地址空间下， 线程间的通信消耗更小。
一个进程内的线程示例
可编辑课件PPT
8
线程的状态
▪ 线程的状态
➢ 就绪（ready）：线程等待可用的处理器。 ➢ 运行（running）：线程正在被执行。
➢ 阻塞（blocked）：线程正在等待某个事件的发生（比如I/O 的完成，试图加锁一个被上锁的互斥量）。
程是被调度执行的基本单元。 栈
栈
栈
▪ 线程自己不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源， 但它可与同属一个线 进程 程的其它线程共享进程所拥有的全线 程部资源。
▪ 线程是程序中一个单一的顺序控制流程。在单个程序中同时运行 多个线程完成不同的工作，称为多线程。
可编辑课件PPT
6
进程与线程的关系
某个最大值之间的任意数。如果Semaphore的现值为1，表示还 有一个锁定动作可以成功。如果现值为5，就表示还有五个锁定 动作可以成功。 ➢ 信号量状态在其计数>0时有信号，即当前资源的数量>0，信号 量有效。 ➢ 0时无信号，即当前资源的数量是0，信号量无效。 ➢ 系统不允许当前资源的数量为负值，即不能在信号量为负的情况 下执行任务。V操作时也不能超过最大值。 ➢ 核心对象，可以跨进程访问。
操作系统对多核处理器支持方法课件

操作系统对多核处理器支持方法课件

（2）资源虚拟化：它是被扩展到具体系统资源的虚拟化，它涉及资 源的合并、划分以及简化的模拟等作用。
21
平台虚拟化：模拟
模拟：虚拟机模拟完成的硬件，允许针对完全 不同的CPU的未经修改的操作系统直接运行。
模拟的实现需要广泛的技术，从状态机到全虚 拟平台的动态编译。
这种方法长期以来被用来在新处理器可用之前 对软件进行开发。
平台虚拟化 资源虚拟化
7
多核操作系统中进程的分配与调度
进程的分配将进程分配到合理的物理核上，因为不 同的核在共享性和历史运行情况下都是不同的。
有的物理核能够共享二级cache，而有的却是独立 的。
进程间数据共享－>分配给有共享二级cache的核， 提升命中率。
8
多核下操作系统调度的研究热点
基于消息传递的并行计算机，每个节点都是由一台处理器、 本地存储器和I/O外设组成的自治计算机。
绝大多数NORMA都不支持远程存储器的访问； 在DSM（分布式共享内存）中，NORMA就消失了。
M M ... M
P
P
P
... ...
MP MP
消息传递互连网络 (网络，环网，超立方，
立方环等)
PM PM
IPI消息能够用来在系统时或者系统执行的广泛功能单 元中分发中断到不同的处理器核。
16
多核高级可编程中断控制器 APIC
17
outline
并行计算机访存模型 调度与中断 输入输出系统 存储管理与文件系统 虚拟化技术
平台虚拟化 资源虚拟化
18
多核下存储管理相对变化较少，主要改进：
▪ 受底层系统结构影响 ▪ SMP架构－>只共享内存 ▪ CMP架构－>也会共享二级缓存
第2章Java多线程应用ppt课件全

第2章Java多线程应用ppt课件全

线程将停止运行。休眠时间的长短由sleep( )方法的参数决定。 • public void run( ) •{ •… • //进行其他处理后 • Thread.sleep(200); //休眠时间以ms为单位 •}
2
• 2. join( ) • join( )方法使当前正在执行的线程进入等待状态（挂起），直至方法join( )所调用
• 2.1 线程和多线程 • 2.2 实例1 Java程序的多线程机制 • 2.3 实例2 Java程序中的多线程实现 • 2.4 实例3 基于Java语言的多线程同步机制 • 2.5实例4 用Java语言实• 线程(thread)是指计算机正在执行的程序中的一个控制流程。线程本 身不是完整程序，没有执行的入口，也没有出口，因此其自身不能自 动运行，而必须栖身于某一进程之中，由进程触发执行。
•
try //睡眠一随机时间，让出处理器
•
{Thread.sleep((int)(Math.random()*50));}
及在这段时间内线程能完成的任务，在线程的生命周期中有四种状态，通过对线程进 行操作来改变其状态。 • 1.创建状态 • 创建了一个线程而还没有启动它，则处于创建状态，此时仅是一个空的线程对象，并 不获得应有资源，只有启动后，系统才为它分配资源。处于创建状态的线程可以进行 两种操作：一是通过调用start()方法启动，使其进入可运行状态;二是调用stop()方法， 使其进入消亡状态。 • 2.可运行状态 • 在线程的创建状态中进行启动操作，则此线程进入可运行状态。可运行状态只说明该 线程具备了运行的条件，但并不一定是运行状态，因为在单处理器系统中运行多线程 程序，实际上在每个“时刻”至多有一个线程在运行，而系统中可能有多个线程都处 于运行状态，系统通过快速切换和调度使所有可运行的线程共享处理器，造成宏观上 的多线程并发运行。在可运行状态，线程运行的是线程体，线程体由run()方法规定， 在自己定义的线程类中重写。 • 在可运行状态下可进行多种操作：调用suspend()方法，使线程挂起，从而进入不可运 行状态;调用sleep()方法，使线侱睡眠，从而进入不可运行状态;调用wait()方法，使线 程等待，从而进入不可运行状态;调用yield()方法，使线程退让，使线程把CPU控制权 提前交给同级优先权的其他线程;调用stop()方法，使线程终止，从而进入消亡状态。正 常的情况下是执行完run()方法，使线程结束，进入消亡状态。
多线程ppt课件

多线程ppt课件

mt.start(); mt.join(); Thread.sleep(3000); mt.start(); } }
输 出:Exception in thread "main" ng.IllegalThreadStateExce ption
说明:通过Thread实例的start()，一个Thread的实例只能产生一个线程
高性能: 多线程的目的是为了增加程序运 行的性能
2. Java线程概念
对线程的综合支持是Java技术的一个重要特 色.它提供了thread类、监视器和条件变量的 技术.
虽然许多操作系统支持多线程,但若要用C或 C++编写多线程程序是十分困难的，因为它们 对数据同步的支持不充分.
线程对象和线程的区别:
public class Test { public static void main(String[] args) throws Exception
{ for(int i=0;i<10;i++) { Thread t = new MyThread(); t.start(); }
Thread.sleep(10000);//让上面的线程运行完成 R r = new R(); for(int i=0;i<10;i++)
mythread t1=new mythread(); public void init(){ t1.start();} class mythread extends Thread { public void run() { for (int i=0;i<4;i++) System.out.println( " "+i); {
多核技术PPT

多核技术PPT


多核并行处理在景象匹配算法中的应用
对于基准图上的任意一点(i，J)按照式(3)进行相似度计算，当 D(i，J)取得最大值时，其像素点就是最佳匹配点。由于模板匹配算法要 对子图和模板图中每个像素点的灰度值都进行相似度计算，当子图和模 板图的尺寸增大时像素点增多，匹配效率随着计算量的增大而降低。而 各个像素点的计算是相互独立的。在多核计算机上运行时非常适合应用 多核并行处理技术实现计算的并行化，大大提高景象匹配评估平台的运 行效率。
多核并行处理在景象匹配算法中的应用
一、景象匹配算法：
景象匹配是指通过某种匹配算法在两幅或多幅图像之间把一个图像 区域从目标区域中识别出来,找到它们之间的识别同名点的图像分析与处 理技术.该技术在许多领域发挥重要的作用,如军事领域的导弹制导系统, 医药领域的生理病变检测等等。 匹配算法通常基于灰度的特征来进行。匹配算法的基本原理是在基 准图中提取子图并且与匹配模板进行相似度比较的过程，与匹配模板相 似度最高的子图也就是匹配点所在的位置。 有多种测量相似度的计算方式,本实验采用如下方式:
多核并行处理技术简述
OpenMP
Open MP应用程序接口是针对共享内存多处理器体系结构的可移植 并行编程模型，能够支持并行计算时对线程和变量的灵活设置和控制。 对比于操作系统平台上的多线程编程的步骤，应用OpenMP的过程要更 为简便。
TBB
TBB是Intel推广的支持多核处理器的C++线程并行编程模型，它相对 于OpenMP的最大优势就在于其面向对象特性的实现。而且具有支持复 杂的并行模式、可扩展的线程嵌套并行等特点。但TBB应用灵活性的增 加也使得用户应用的难度增大，需要基于TBB提供的并行算法模板类(如 parallel—for等）编写程序，以支持复杂的并行模式。
第10章齐头并进完成任务——多线程操作(C从入门到精通)PPT课件

第10章齐头并进完成任务——多线程操作(C从入门到精通)PPT课件

刚才，我们学习了线程中的实例成员，怎么用呢？我能否给线程 命名，并且输出线程的名字呢?这个是完全可以做到的，用上面给 出的实例方法写成如下代码就可做到：
.
17
10.1.4 结束线程
在C#中，System.Threading命名空间提供一些使得可以进行 多线程编程的类和接口。除同步线程活动和数据访问的类之外， 此命名空间还包含一个 ThreadPool类，它使用户能够使用系统 提供的线程池和一个 Timer类，在线程池线程上执行回调方法。
多线程和多线程的实现 线程间数据同步 带参数的线程 线程池
.
22
10.2 合理利用资源--线程间数据同步
通过上面的学习，对于线程我们已经有了一个简单的印象，已经 可以简单的操作一个线程了，但是在当一个程序存在多个线程时 ，其间的线程间数据同步问题有随之而来。我们在这个章节中， 将探讨如何解决这个问题。
05 for (int i = 0; i < 5; ++i) //使用循环的方式创建多个线程
06 {
07
ThreadArray[i] = new Thread(new
ThreadStart(ShareDdataC.ThreadFunc));
正在请求线程停止。这仅用于内部。
该线程已被标记为挂起。
线程正作为后台线程执行（相对于前台线程而言）。此状态可以通 过设置 Thread.IsBackground 属性来控制。
尚未对线程调用 Thread.Start 方法。
线程已停止。
线程已被阻止。这可能是因为：调用 Thread.Sleep 或Thread.Join、 请求锁定（例如通过调用Monitor.Enter或 Monitor.Wait）或等 待线程同步对象（例如 ManualResetEvent）。
第10章多线程PPT精品精品文档

第10章多线程PPT精品精品文档


多线程对象实现Runnable接口并且在 该类中定义用于启动线程的run方法。
后一种方法的好处在于多线程应用对象 可以继承其它对象而不是必须继承 Thread类，从而能够增加类定义的逻辑 性。
电脑基础·实例·上机系列丛
清华大学出版社
如何实现多线程
Java程序设计教程
这两种方法解决了Java实现多线程的技 术障碍，是多线程技术实现的核心部分。 下面通过例子演示如何使用这两种方法 来实现多线程技术。
电脑基“础死·实例亡·上”机。系列丛
清华大学出版社
线程的生命周期
Java程序设计教程
运行（Running）：线程获得了CPU 资源正在执行任务，将一直运行到结 束，除非此时它自动放弃资源或有更 加高优先级的线程进入。
电脑基础·实例·上机系列丛
清华大学出版社
线程的生命周期
Java程序设计教程
阻塞（Blcked）：线程是可以执行的， 但由于某些因素的阻碍处于停滞状态， 系统排程器略过了应给线程的CPU执 行时间。
Java程序设计教程
类“DrawLine”运行结果
类 “ D raw Line” 运 行 结 果
电脑基础·实例·上机系列丛
清华大学出版社
Java程序设计教程
继承Thread类，覆盖方法run()
这种方法简单明了，符合大家的习惯。 但是，它也有一个很大的缺点，那就是 如果类已经从一个类继承，则无法再继 承Thread类。
电脑基础·实例·上机系列丛
清华大学出版社
Java程序设计教程
线程执行的主要组成部分
电脑基础·实例·上机系列丛
清华大学出版社
什么是线程
Java程序设计教程
代码可以由多个线程共享，也可以不被 共享，这些都和数据是独立的。两个线 程如果执行同一个类的实例代码，则它 们可以共享相同的代码。
多核程序设计Linux多线程编程PPT教学课件

多核程序设计Linux多线程编程PPT教学课件


int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); 初始化mutex
2020/12/10
8
POSIX 线程库对mutex提供了以下函数进行操作：
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const
pthread_mutexattr_t *mutexattr);
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
2020/12/10
9
线程使用mutex的简单代码如下：
pthread_mutex_t mylock; mylock= PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_lock(&mylock); /*………….*/ pthread_mutex_unlock(&mylock);
4
2020/12/10
5
2020/12/10
6
线程互斥和同步——Mutex
原子性。对mutex的加锁和解锁操作是原子的，一个 线程进行 mutex 操作的过程中，其他线程不能对同 一个 mutex 进行其他操作。
单一性。拥有mutex的线程除非释放mutex，否则其 他线程不能拥有此mutex。
void pthread_exit (void* retval);
• 除了pthread_exit() 函数，可以让当前调用pthread_exit() 的 线程显示地退出外，线程也可以使用 pthread_cancel() 函数 终止其他线程的执行。
第13章多线程机制PPT课件

第13章多线程机制PPT课件

位；同类的多个线程共享一块内存空间和一组系统 资源；线程独享的资源只有：寄存器，系统堆栈。 ❖ 多线程：程序中多个片断同时执行。
2020年9月28日
一、线程的概念
❖ 多线程是相对于单线程而言的，指的是在一个程 序中可以定义多个线程并同时运行它们，每个线 程可以执行不同的任务。与进程不同的是，同类 多线程共享一块内存空间和一组系统资源，所以 ，系统创建多线程花费单价较小。因此，也称线 程为轻负荷进程。
❖ 类方法
▪ public static Thread currentThread() ▪ public static int activeCount() ▪ public static int enumerate(Thread[] tarray)
2020年9月28日
三、线程程序设计
❖ 实例方法
▪ public final String getName() ▪ public final void setName(String name) ▪ public void start() ▪ public final boolean isAlive()
三、线程程序设计
改变线程的状态
❖ public static native void sleep(long millis)
❖ 类声明：
Thread类
❖构造pu方b法lic class Thread implements Runnable{ …. }
▪ public Thread() ▪ public Thread(String name) ▪ public Thread(Runnable target) ▪ public Thread(Runnable target, String name)
[演示版]体系结构ppt-多线程技术

[演示版]体系结构ppt-多线程技术


同步多线程
无切换
提升多个执行单元 利用率
05
其他多线程
The other Multi-Threading
其他多线程
：它与同时多线程不同,动态多线程不完全依赖于软件 编译开发,它主要通过硬件动态提取可并行执行的线程。
1
：在SMT（同时多线程）下基础上加DMT（动 态多线程）的特性称为动态同时多线程DSMT（Dynamic SimultaneousMultithreading)。
发射和执行，只在某些特定的时刻进行线程切换，如:出现数据 相关和Cache失效等。
执行过程
EXECUING PROCEDURE
周期 i+1：接收 线程 A 的指令 j+1 01 STEP 03 STEP
周期 i+3：线程 调度器介入，切 换到线程 B
周期 i+5：接收 线程 B 的指令 k+1
02 STEP
概念
CONCEPT
多线程（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 芯片级多处理或同时多线程处理器。
• • •
//创建生产者和消费者线程 if( pthread_create( &thrd_prod , NULL, producer , NULL ) != 0 ) oops( "thread create failed." ); sleep(1); if( pthread_create( &thrd_cons , NULL, consumer , NULL ) != 0 ) oops( "thread create failed." ); //等待线程结束 if( pthread_join( thrd_prod , NULL ) != 0 ) oops( " wait thread failed."); if( pthread_join( thrd_cons , NULL ) != 0 ) oops( " wait thread failed."); pthread_mutex_destroy( &mutex ); return 0; } //关闭互斥量
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多核多线程支持
2007年11月19日
浙江大学嵌入式研发中心
多线程的概念
线程（thread）
进程上下文（context）中执行的代码序列 轻量级进程（light weight process）
在支持多线程的系统中
进程成为资源分配和保护的实体 线程是被调度执行的基本单元。
进程的资源
包括进程的地址空间，打开的文件和I/O等
Examples
Windows 95/98/NT/2000 OS/2
浙江大学嵌入式研发中心
多对多模型
多对多模型将m个用户级线程影射 到n个内核级线程，m≥n。
用户可以创建所需要的用户级线程， 通过分配适当数目的内核级线程获 得并发执行的优势并节省系统资源。
Examples
Solaris 2
浙江大学嵌入式研发中心
线程的状态
线程的状态
就绪（ready）：线程等待可用的处理器。 运行（running）：线程正在被执行。 阻塞（blocked）：线程正在等待某个事件的发生（比
如I/O的完成，试图加锁一个被上锁的互斥量）。 终止（terminated）：线程从起始函数中返回或者调
用pthread_exit。
线程间通信无需内核干预，需要进行线程间同步
浙江大学嵌入式研发中心
多线程的优点
传统优点：
创建一个线程比创建一个进程的代价要小 终止一个线程比终止一个进程的代价要小 线程的切换比进程间的切换代价小
Eg: solaris中创建线程比进程快30倍，线程切换比进程切换快5倍
多核
充分利用多处理器 数据共享
浙江大学嵌入式研发中心
内核级线程
内核级线程
内核级线程的所有管理操作 都是由操作系统内核完成的
特点
并行性高，
多个线程可被同时调度 充分利用多处理器
创建和管理代价高
浙江大学嵌入式研发中心
多线程的映射模型
对于实现了用户级线程和内核级 线程的操作系统，用户级线程和 内核级线程之间的可以有不同的 映射方式。
若干进程并发地访问并且操纵共享数据的情况。 共享数据的值取决于哪个进程最后完成 防止竞争条件，并发进程必须被同步
浙江大学嵌入式研发中心
常用的同步机制
临界区（critical section） 信号量（simphore） 互斥量（mutex） 管程（monitor）
浙江大学嵌入式研发中心
浙江大学嵌入式研发中心
线程状态的转换
被创建
就绪
条件满足
调度
切换
阻塞
运行
等待资源
完成
终止
浙江大学嵌入式研发中心
线程的同步
由于线程共享同一进程的内存空间，多个线程可 能需要同时访问同一个数据。
对共享数据的并发访问可能导致数据的不一致性 如果没有正确的保护措施，对共享数据的访问会
造成数据的不一致和错误。 竞争条件
多对一模型
多对一模型把多个用户级线程映射 到一个内核级线程。
线程的管理在用户空间实现，所以 效率高。
当一个线程因调用系统调用被阻塞 时，整个进程被阻塞。
浙江大学嵌入式研发中心
一对一模型
一对一模型把每个用户级线程影射到一个内核级线程。 当一个线程阻塞时，其他线程仍然可以运行。
Each user-level thread maps to kernel thread. （纯核心级线程）
浙江大学嵌入式研发中心
Single Threaded and Multithreaded Process Models
Thread Control Block contains a register image, thread priority and thread state information
Windows NT/2000 with the ThreadFiber package
浙江大学嵌入式研发中心
线程的生命周期
线程的标识
通常用一个整数来标识一个线程
线程的创建
自动创建从main函数开始的主线程 调用函数库接口创建一个新的线程（pthread_create）
线程的终止
执行完毕，或者调用了pthread_exit 主线程退出导致整个进程会终止
浙江大学嵌入式研发中心
线程
可以获得快速的用户响应
如在C/S模式下，web server为每个用户连接运行一个线程； RPC服务器中，RPC服务进程会开启多个线程服务于每个RPC
request
进程是拥有资源的基本单位（CPU，地址空间，I/O资 源），进程中的线程可以共享这些资源
一些应用程序可以分成若干相对独立的部分，每一部分又 一个线程来实现
属于同一个进程的线程
共享该进程的代码段和数据段，打开的文件， 信号等
还包含各自的线程ID，线程执行状态，CPU寄 存器状态和栈
代码 寄存器
代码 寄存器
栈
数据
文件
栈
线程
数据 寄存器
栈
文件 寄存器
栈
线程
浙江大学嵌入式研发中心
进程与线程
❖ 线程是“进程中的一条执行路径或线索” ❖ 或“进程中的一个可调度实体”
数据共享使得线程之间的通信比进程间的通信更高效
快速响应特性
在系统繁忙的情况下，进程通过独立的线程及时响应用户的输入
浙江大学嵌入式研发中心
用户级线程
用户级线程
有关线程的所有管理工作都 由在用户级实现的线程库来 支持
用户级线程特征
户级线程的创建和管理等操 作无须内核参与，操作更快
并行性不高，一个线程被系 统阻塞后，整个进程被阻塞
有限等，其他进程进入临界区前的等待时间必须是有限的.
假定每个进程都以非零的的速率执行. 没有任何关于这n个进程相对执行速率的假定
浙江大学嵌入式研发中心
解释: 使用临界区的原则
每次只允许一个进程处于它的临界区(CS)中 若有多个进程同时想进入CS,应在有限时间内让
临界区
所有n 个进程竞争使用一些共享的数据。 每个进程有一个代码段, 称为临界区, 在哪儿共享数据被访问。 问题
保证当一个进程正在临界区执行时，没有另外的进程进入临界区执行
解决临界区问题需满足
互斥：假定进程Pi在其临界区内执行，其他任何进程将被排斥在自己的临 界区之外.
有空让进：临界区虽没有进程执行，但有些进程需要进入临界区，不能 无限期地延长下一个要进入临界区进程的等待时间.