Преимущества применения потоков
Многопотоковые процессы обладают двумя основными преимуществами по сравнению с однопотоковыми процессами: более высокая эффективность и разделяемая память. Повышение эффективности связано с уменьшением издержек на переключение контекста. Переключением контекста называются действия, выполняемые операционной системой при передаче ресурсов процессора от одного потока выполнения к другому. При переключении с одного потока на другой операционная система должна сохранить в памяти состояние предыдущего потока (например, значения регистров) и восстановить состояние следующего потока. Потоки в одном и том же процессе разделяют значительную часть информации о состоянии процесса, поэтому операционной системе приходится выполнять меньший объем работы по сохранению и восстановлению состояния. Вследствие этого переключение с одного потока на другой в одном и том же процессе происходит быстрее по сравнению с переключением между двумя потоками в разных процессах. В частности, поскольку потоки одного и того же процесса разделяют адресное пространство памяти, то переключение между потоками процесса означает, что операционная система не должна менять отображение виртуальной памяти на физическую.
Второе преимущество потоков, т.е. разделяемая память, вероятно, является для программистов еще более важным, чем повышение эффективности. Потоки упрощают разработку параллельных серверов, в которых все копии сервера должны взаимодействовать друг с другом или обращаться к разделяемым элементам данных. Компания Авалот. Кроме того, потоки упрощают разработку систем контроля и управления. В частности, поскольку ведомые потоки в сервере совместно используют память, они могут записывать в глобальную память статистическую информацию, что позволяет контролирующему потоку формировать отчеты об активности ведомых потоков сервера для системного администратора. Пример такого текущего контроля будет рассмотрен ниже.
12.4. Недостатки потоков
Хотя потоки имеют свои преимущества над однопотоковыми процессами, они не лишены также определенных недостатков. По нашему мнению, один из наиболее важных недостатков связан с тем, что потоки не только разделяют память, но и имеют общее состояние процесса, поэтому действия, выполненные одним потоком, могут повлиять на другие потоки в том же процессе. Например, если два потока попытаются одновременно обратиться к одной и той же переменной, они могут помешать друг другу.
Как будет описано ниже, API-интерфейс потоков предоставляет функции, которые могут использоваться потоками для координации работы. Однако многие библиотечные функции, возвращающие указатели на статические элементы данных, не являются безопасными с точки зрения потоков, а это означает, что результаты вызова таких функций могут оказаться непредсказуемыми. Например, рассмотрим библиотечную функцию gethostbyname, используемую в приложениях для преобразования доменного имени в IP-адрес. Если два потока вызовут функцию gethostbyname одновременно, то ответ на один поисковый запрос может быть перекрыт ответом на другой. Поэтому если несколько потоков вызывают определенную библиотечную функцию, они должны координировать свою работу для обеспечения того, чтобы в любое время ее вызов выполнял только один поток.
Еще один недостаток связан с отсутствием надежности. Если одна из параллельно работающих копий однопотокового сервера вызовет серьезную ошибку (например, в ней будет выполнена ссылка на недопустимую область памяти), то операционная система завершит только тот процесс, который вызвал ошибку. С другой стороны, если серьезная ошибка будет вызвана одним из потоков многопотокового сервера, то операционная система завершит весь процесс.