第六天 Thread(執行緒)--上

Thread我們之前在講process時有提到，現在我們來詳細說明他。在說明之前，我們先來搞清楚program-process-thread之間的關係是什麼？！

我們可以將program比喻成建造藍圖，而process就是透過這個藍圖建的工廠，至於thread就是這間工廠的工人，確保這間工廠的功能，而且共享這間工廠所有的資源。

在很多的應用程式中使用的都是多重執行緒，因為一個程式內需要做很多事情，如果一樣一樣來這樣會花費很多時間，這時我們就需要多重執行緒，而且thread的產生是比process的產生節省很多系統資源。

多重執行緒的架構產生是由client端需要server端時，server就會產生一個thread，同時server也會繼續注意client是否還有請求，有就再生一個thread，多重執行緒就這樣生出來了！
多重執行緒有幾點好處：

• 回應快，而且不會因為有某個thread堵住了，而全部都停擺
• 資源的分享也比process簡單
• 經濟實惠：因為他所需要的資源並不像process要的那麼多
• 擴展性好：在多處理器架構下，可以平行處理

在多核心或是多處力氣架構下執行多重執行緒，給程式設計者有很多挑戰，像是：活動如何劃分、平衡問題、資料分割、資料的依賴還有測試跟調整。在說明多核心程式如何運作前，我們要先認識兩個單字，concurrency跟parallelism，這兩個單字英文念法很像，中文翻譯也很像，但兩個是不一樣的東西。

Concurrency叫並行，舉例來說一個CPU內有兩個process，而這兩個process交互執行，一個在動另一個就停止。
Parallelism叫平行，舉例來說有兩個CPU，且有兩個process，一個CPU就執行一個process，兩個同時進行。
以下的圖能更清楚知道他們的區別

說到這也就知道我們在多核心程式下就是運用parallelism來運作。

而parallelism有兩種型態：data parallelism跟task parallelism，data parallelism是將資料分到不同的核心上，而資料都做同樣的事; task parallelism是將不同的thread分到不同的核心，而每個thread都做不一樣的事情。
那我們怎麼知道平行處理後效率增加多少呢？這就要運用Amdahl’s定律！
以下是他的公式

S代表有多少thread是循序的運用
N代表有多少核心在處理

如果在處理thread都能用parallelism的方式，那絕對是能快很多，但如果只是單單增加核心的數量，而處理上都用循序的方式，那多核心也沒有用。
我們將Thread分成兩種：user thread跟kernel thread。
user thread由user-level執行緒庫做管理，POSIX Pthreads、Windows thread和Java threads是這執行緒庫主要的用戶。
kernel thread是又kernel所支持，包含Windows、Solaris….等。

而多重執行緒有三種模型：many-to-one、one-to-one跟many-to-many。

many-to-one是多個user thread連到一個kernel thread，但是用這種方式如果有其中一個thread被鎖住，所有的都會動彈不得，而且一次只能有一個user thread能存取kernel thread，所以現在已經很少使用了！

one-to-one是一個user thread連到一個kernel thread，thread是真的能平行運作。當user thread生成時，就會生成一個相對的kernel thread，但是每個process有多少的thread是有限制的，所以使用時要小心。

many-to-many是多個user thread連到一個kernel thread，兩個的數量並不用一樣，作業系統會在中央調控，讓kernel thread有最好的效能。

有一個跟many-to-many很像的模型叫two-level，但是他可以允許user thread跟kernel thread綁在一起。