第2章 并行编程基础 第2节进程任务和线程 并行处理与体系结构教学课件.pptVIP

哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院 并行处理与体系结构 第2章 并行编程基础 ?1 并行编程综述 ?2 进程任务和线程 ?3 并行性问题 ?4 交互和通信问题 ?2 进程、任务和线程 一、进程、任务和线程 在并行计算机上，用户的应用程序是以进程、任务或线程方式执行的。 进程:是正在执行的程序。 1.抽象进程的定义 在两个层次上考虑进程概念是很有用的。 抽象观点 既简单又能很好地适合于并行计算机的用户。 进程的实现 工作原理 进程的定义: 一个进程P是一个4元组(P，C，D，S), 其中P是程序(或代码)，C是控制状态，D为数据状态以及S为进程P的状态。 进程是动态的。 程序(代码) 任何进程与一个程序相关。 控制和数据状态 大多数程序基于命令式机器模型，中心概念是状态更新。 一个命令式程序可看成是一个状态机(或一个自动机) 。 下面定义某些术语 程序变量集的定义： 一个程序使用两个变量集：数据变量由程序员声明用来保存数据值的变量。 控制变量是保存控制信息的变量，它们不需要显式说明。 控制变量保存的是有关下一步应执行什么操作的信息。 数据变量集和控制变量集两者的合集形成了程序变量集。 配对集的定义： 在任何时候，一个程序的每个数据或控制变量需与一个值配为一对，该值可能是一个未定义的特殊值。 在时间t时所有(数据变量，数据值)的配对集定义了时间t的程序的数据状态。 类似地，时间t的所有(控制变量，控制值)配对集定义了时间t的程序的控制状态。 因此，时间t的程序状态是t时间的数据状态和控制状态的和。 程序的最后状态和发散状态定义： 程序从初始状态启动。 当执行了程序的一个原子操作后，程序就从当前状态转为下一状态。程序不断执行原子操作并不断更新其状态，直至终止。此时程序处在最后状态。 当一个程序进入一个被确认不会终结的状态时，则说该程序进入了发散状态。 进程状态 在任何时间，进程具有某个状态(status)。下图画出了某些重要状态以及它们之间的转换。 进程状态转换图的说明： 开始时，进程为不存在状态。当它的创建者，父进程执行进程创建操作后，它才出现。一个新创建的子进程准备执行，但仅在被调度后，它方可开始运行(执行其代码)。 在进程运行中可能发生以上几种状态。 在实现进程时，必须考虑以下各方面： 执行方式; 地址空间; 进程现场; 进程描述符; 进程控制。 二.进程的变异 传统的操作系统进程有分离的地址空间； 分离的地址空间概念将使进程管理非常耗时。 Unix进程为重量级进程 例如，当一个Unix进程执行一个fork()系统调用以创建一个子进程时，它必须为子进程创建一个新的地址空间。这意味着必须分配存储器，复制父进程的数据段和描述符，并为子进程设置一个运行时间堆栈。由于这种性能原因。 进程创建和切换的高开销会对并行处理造成有害影响。 重量级的并行进程不适用于可扩展并行计算机，除非并行进程具有粗计算粒度。 要开发较细粒度并行性，必须使用轻量级进程。 在许多操作系统、线程库和并行语言中已提出了轻量级进程(也称为线程)概念并已得到实现。 OS进程和线程间的主要差别： 在重量级的OS进程中，多个线程能共存于进程(包括进程描述符)的同一地址空间，并且共享。 当创建一个(重量级)进程时，通常它有一个单线程，称为基本线程。 通过执行一个线程创建操作，任何进程能创建另外的线程。 典型的线程创建操作形式如下： threalcreate(foo，argument1，……，argument n)； 这种操作与过程调用非常类似。 该操作创建一个进程，它将用给定的n个参量执行函数和。 创建一个线程要比创建一个重量级进程快得多。 在一般的并行描述里： 任务=进程=重量级进程=操作系统进程 只用术语进程来表示重量级进程或线程：轻量级进程=线程 * *