Chapter 4: Threads

Motivação Threads são processos leves Diferentes tarefas da aplicação podem ser implementadas como threads separados Aplicável apenas às tarefas que possam ser paralelizadas Exemplos: Atualizar o display Buscar dados Verificar correção ortográfica

Motivação A criação de processos é muito custosa Criação de threads é mais simples Vantagens do uso de threads Simplificação do código Aumento da eficiência

Processos mono e multithreads

Benefícios Melhora o tempo de resposta Programa continua executando mesmo que algum thread seja bloqueado (thread no espaço de kernel) Compartilhamento por padrão dos recursos do processo Não precisa de técnicas para criar uma memória compartilhada É mais simples criar um thread do que um processo Não precisa alocar novos recursos e é fácil trocar contexto entre threads Aumenta o paralelismo Em máquinas com multiprocessamento

Programação com múltiplos cores Sistemas com múltiplos cores impulsionam novas formas de programar Maior eficiência na execução de programas Contudo, existem algumas dificuldades É possível paralelizar? As tarefas paralelizáveis tem a mesma importância? Quais conjuntos de dados pertencem a cada thread? Se duas threads usam dados dependentes, como sincronizar o acesso? Como depurar o processo, se existem múltiplos caminhos de execução?

Arquitetura de Servidor Multithreaded

Execução concorrente em um sistema com único core

Execução paralela em um sistema multicore

Threads de usuários Gerenciamento de threads feito por bibliotecas em nível de usuário Não depende de chamadas ao sistema para criar o thread ou para mudar o contexto entre threads O bloqueio de um thread leva ao bloqueio de todo o processo A troca de contextos entre threads é feita mediante cooperação

O bloqueio de um thread não leva ao bloqueio de todo o processo Threads de kernel Gerenciamento de threads feito pelo kernel Depende de chamadas ao sistema para criar o thread ou para mudar o contexto O bloqueio de um thread não leva ao bloqueio de todo o processo A troca de contextos entre threads é feita mediante cooperação e preempção

Modelos multithreads Muitos para um Um para um Muitos para muitos

Muitos para um Diversos threads de usuário mapeados em um único thread de kernel

Um para um Cada thread de usuário mapeado em um thread de kernel

Modelo muitos para muitos Permite que muitos threads de usuário sejam mapeados em muitos threads de kernel Sistema operacional pode criar um número suficiente de threads de kernel

Bibliotecas de threads Bibliotecas de thread dão ao programador uma interface para criar e gerenciar threads Duas formas iniciais de implementação Biblioteca inteiramente em espaço de usuário Biblioteca em nível de kernel suportada pelo sistema operacional

Pthreads Biblioteca de threads que pode ser provida tanto em nível de kernel como em nível de usuário Interface especificada pelo padrão POSIX (IEEE 1003.1c) para criação e sincronização de threads Define apenas a interface. A implementação fica a cargo da biblioteca Amplamente utilizada em sistemas operacionais UNIX (Solaris, Linux, Mac OS X)

Algumas questões de threads…. O fork() duplica apenas o thread que o chama ou todos os threads do processo? Depende da implementação Cancelamento de threads Terminar um thread, chamado de thread alvo, antes que ele chegue ao fim Ex: Vários threads de busca em paralelo. Quando um thread encontra o dado, os outros podem ser finalizados.

Algumas questões de threads…. Tipos Cancelamento assíncrono – Thread alvo encerrado imediatamente Cancelamento adiado – Thread alvo espera até um momento oportuno para ser finalizado Possibilidade de liberar todos os recursos adequadamente Sistema operacional libera apenas os recursos do sistema automaticamente Thread é terminada apenas após liberar os demais recursos alocados Ponto do programa especificado por uma flag

Algumas questões de threads…. Tratamento de sinais Sinais são usados no sistema UNIX para notificar um processo que um evento ocorreu Sinais devem ser entregues a processos Mas se existem vários threads, para qual enviar? Opções Descobrir para qual thread o sinal é direcionado Enviar o sinal para todos os threads Enviar o sinal para um conjunto de threads Criar um thread específico para receber sinais e notificar aos outros threads

Algumas questões de threads…. Conjuntos de threads Pré-criação de um conjunto de threads prontos para serem usados Vantagens Mais rápido usar um thread pronto do que criar um novo thread Garante que a aplicação não tentará criar threads em demasia, exaurindo os recursos do sistema operacional

Threads Exemplos Ex_sem_thread.py Ex_sem_thread_processo.py Ex_thread.py Ex_threadv2.py Ex_thread_mais_legal.py Ex_thread_mais_legal_completo.py Ex_legal_final.py

Exercícios Lista 2 já disponível!

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