多线程基础——概念

本文介绍了并行计算和并发计算的概念,强调它们在提升计算效率中的作用。并详细讲解了进程与线程的区别,以及多线程在软件和硬件层面的实现。此外,还探讨了上下文切换的原理和并发编程的三大特性:可见性、有序性和原子性。

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并行计算和并发计算

并行计算(parallel computing):一般是指许多指令得以同时进行的计算模式。在同时进行的前提下,可以将计算的过程分解成小部分,之后以并发方式来加以解决。

电脑软件可以被分成数个运算步骤来运行。为了解决某个特定问题,软件采用某个算法,以一连串指令运行来完成。传统上,这些指令都被送至单一的中央处理器,以循序方式运行完成。在这种处理方式下,单一时间中,只有单一指令被运行。并行运算采用了多个运算单元,同时运行,以解决问题。

相对于串行计算,并行计算可以划分成时间并行和空间并行。时间并行即指令流水化,空间并行使用多个处理器执行并发计算。以程序和算法设计人员的角度看,并行计算又可分为数据并行和任务并行。数据并行把大的任务化解成若干个相同的子任务,处理起来比任务并行简单。

并发计算(Concurrent computing):是一种程序计算的形式,在系统中,至少有两个以上的计算在同时运作,计算结果可能同时发生。简单来说,就是将一个计算任务,分割成几个小的部分,让它们同时被计算,之后再汇整计算结果,以完成任务。

并发计算是一种程序运算的特性,可以被视为是并行运算的进一步抽象,它包涵了时间片这种可以被用来实现虚拟并行运算(pseudoparallelism)的技术,因此在实际的物理运作中,计算过程可能是并行,或非并行的。

实现并发程序有许多方

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