進(jìn)程與線程雜談（一）

本站原創(chuàng)：Null

　　我了解不多,，只能說說80x86上的Windows環(huán)境,，其他如Alpha，Mac或者Linux,，
我就一竅不通了,，見笑見笑……

　　現(xiàn)代操作系統(tǒng)都是多任務(wù)的操作系統(tǒng)，在這里要澄清一個(gè)概念,，Windows 3.x時(shí)代也
有所謂的多任務(wù),，但是，那并不是現(xiàn)代意義的多任務(wù)--"搶占式多任務(wù)",。Windows 3.x的
多任務(wù)是非搶占式的,，即，一個(gè)應(yīng)用程序,，甚至系統(tǒng),，要等現(xiàn)在正在運(yùn)行的程序主動(dòng)放棄
CPU（程序員把這個(gè)禮貌的行為寫到程序中），才能獲得執(zhí)行時(shí)間片,?？梢钥闯觯谶@種環(huán)
境中,，操作系統(tǒng)的主動(dòng)性是很小的,，只要某個(gè)已經(jīng)獲得CPU的程序不主動(dòng)放棄CPU，操作
系統(tǒng)就得不到時(shí)間運(yùn)行,，亦無法實(shí)行其管理調(diào)度功能,。如果一個(gè)應(yīng)用程序因崩潰而掛起,，
將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)掛起。

　　而搶占式的多任務(wù)是指,，將CPU時(shí)間片分配最需要它的應(yīng)用程序,，即便一個(gè)應(yīng)用程序永
遠(yuǎn)不打算放棄CPU，操作系統(tǒng)也能保證隨時(shí)"搶占"CPU時(shí)間,，然后對(duì)當(dāng)前所有的任務(wù)進(jìn)行
合理的調(diào)度,。

　　要實(shí)現(xiàn)多任務(wù)，首先要有CPU的支持,，80x86 (Alpha,？我不懂，別問我……) 支持
多任務(wù),，通過一個(gè)TSS--任務(wù)描述符,，80x86能夠描述一個(gè)任務(wù)。詳細(xì)我就不說了,，和本
文關(guān)系不大,，只要說明搶占式多任務(wù)不是操作系統(tǒng)在單干就行了。

　　作為操作系統(tǒng),，要能夠利用CPU提供的功能才能實(shí)現(xiàn)多任務(wù),，Windows做到了這點(diǎn)(當(dāng)
然，Linux也做到了,，只是我不懂……),。系統(tǒng)有一個(gè)核心調(diào)度程序，負(fù)責(zé)為每一個(gè)任務(wù)分配
CPU時(shí)間,，允許其執(zhí)行指定的一段時(shí)間,，當(dāng)這段時(shí)間用完后，控制權(quán)會(huì)重新交回到操作系統(tǒng),，
操作系統(tǒng)可在此時(shí)重新分配CPU時(shí)間,。至于CPU時(shí)間是如何分配的，就又不是本文的范圍了,。
Microsoft給出的文檔是說"系統(tǒng)保證CPU時(shí)間的分配是公平的",，僅此而已……。

　　在Windows中,，一個(gè)任務(wù)就是一個(gè)線程,，以前曾經(jīng)說過，線程不能沒有存儲(chǔ)而存在,，
而其所依賴存在的存儲(chǔ)對(duì)象就是進(jìn)程,。而一個(gè)進(jìn)程--以前也說過了--對(duì)應(yīng)一個(gè)映象（可執(zhí)行
文件）。也就是說,，在一個(gè)可執(zhí)行文件運(yùn)行時(shí),，可以有多個(gè)線程,。

　　好了，基本的概念大概說明了,，來討論一下它們的用途,。要這些多出來（除了原始線程
外）的線程有什么用？MSDN給出的答案是"等",。但我個(gè)人認(rèn)為稍微籠統(tǒng)了一點(diǎn)（偏激一點(diǎn),？
）。不過,，至少,，有一點(diǎn)是肯定的--絕不要使多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行繁重的操作--除非你是建立
了CPU數(shù)目個(gè)線程（32路對(duì)等處理器系統(tǒng)?）。無論如何,，實(shí)際工作的還是CPU,，在這種情
況下，CPU不僅不會(huì)少執(zhí)行指令,，還要執(zhí)行很多的排班程序指令以及任務(wù)的切換指令--反而
降低效率,。

　　在需要等待的地方,，多線程確實(shí)能夠發(fā)揮很高的效能,。（注意，并不一定是最高,，以后
將說到經(jīng)常是更好的實(shí)現(xiàn)方法,，這里只是說明線程的用法）舉一個(gè)例子：一個(gè)網(wǎng)絡(luò)程序向遠(yuǎn)
程主機(jī)發(fā)送了一個(gè)請(qǐng)求，正在等待回應(yīng),，而在此期間,，它還希望能夠與用戶進(jìn)行交互。一種
實(shí)現(xiàn)方法是：程序繼續(xù)與用戶交互,，在交互的間歇檢查一下回應(yīng)是否到達(dá),。而更好的方法是
建立一個(gè)新的線程（稱為工作線程）來等待回應(yīng)，原始線程繼續(xù)照常與用戶交互,。如果您已
經(jīng)感覺到后一種方法確實(shí)比前一種方法好很多,，那么，您可以不讀下一段,，不用聽我羅嗦了,。

　　后一種方法比前一種方法好在后者執(zhí)行的指令更少，因而效率更高,。如果您對(duì)Windows
編程熟悉：在實(shí)現(xiàn)前者時(shí),，必須保證能夠及時(shí)檢測到回應(yīng)到達(dá)，因而就不能使用GetMessage()
而要使用PeekMessage(),。如果使用GetMessage(),，而恰巧在很長的一段時(shí)間內(nèi)都沒
有消息到達(dá),，原始線程就不會(huì)從GetMessage()返回，也就不能檢測回應(yīng)是否到達(dá),。使用
PeekMessage(),，可以令其在沒有消息時(shí)也立即返回，因而可以檢測回應(yīng)是否到達(dá),。網(wǎng)絡(luò)
部分的情況也一樣--程序不能等回應(yīng)一直等下去否則就無法與用戶交互,。無論如何，在即沒
有消息,、也沒有回應(yīng)到達(dá)的情況下,，原始線程沒有有效的進(jìn)入等待狀態(tài)，而是不停地"空轉(zhuǎn)",，
檢測二者中是否有到達(dá)的,，這對(duì)系統(tǒng)資源顯然是極大的浪費(fèi)。而對(duì)于后者,，原始線程通過
GetMessage()有效的進(jìn)入了等待,，工作線程也可以通過類似的方法進(jìn)入等待，例如使用
Socket的select(),。

　　但是,，新的問題又出現(xiàn)了，工作線程發(fā)現(xiàn)回應(yīng)已經(jīng)到達(dá)了,，它可能要通知原始線程才行
--它與原始線程是并發(fā)執(zhí)行的,。這就涉及到線程簡通信了，有一種最簡單的方法：Windows
消息,。工作線程通過向原始線程的窗口發(fā)送一個(gè)消息,，然后終止；當(dāng)原始線程的消息循環(huán)發(fā)
現(xiàn)這個(gè)消息時(shí),，就知道回應(yīng)已經(jīng)到達(dá)了,。線程間通信的方法還有很多，將在以后專門介紹,。

　　最后要說明的是--很重要的一點(diǎn)：多線程經(jīng)常不是程序員主動(dòng)來使用的,，而是在依賴操
作系統(tǒng)時(shí)，已然是多線程了,。即使用,，也很有節(jié)制，濫用線程將適得其反,。究竟什么地方應(yīng)
該使用多線程,，并沒有什么規(guī)則，將多線程用在該用的地方而已，當(dāng)然不會(huì)刻意的使用它,。
當(dāng)綜合各種條件和各種可能的方案后,，如發(fā)現(xiàn)多線程是最好的，就是使用多線程的最佳時(shí)機(jī),。
我是否說的是廢話,？呵呵，其實(shí)就像這篇文章一樣,，我也很頭疼,，線程是在遇到實(shí)際需要時(shí)
才想起用的，硬要設(shè)計(jì)一種情況來使用實(shí)在不易,。有備無患,。多線程不是殺手锏，但是掌握
它是向較高級(jí)編程邁進(jìn)的必經(jīng)之路,。