Причины появления нитей

Многие программы выполняют отдельные независимые задачи. Например, сервер баз данных находится в режиме приема и обработки множества запросов. Но если поступающие запросы не требуется обрабатывать в определенном порядке, то их можно считать независимыми задачами, функционирующими параллельно. В традиционных системах UNIX такие программы используют несколько процессов, что приводит к возникновению следующих проблем:

- при создании процессов происходят перегрузки системы т.к. вызов fork является затратным. Память копируется от родительского процесса к дочернему, копируются все дескрипторы и т.д.

- каждый процесс находится в своем адресном пространстве, поэтому для взаимодействия между ними необходимо использовать специальные средства.

Определим понятие независимого вычислительного блока в качестве части общей задачи приложения. Такие блоки мало взаимодействуют друг с другом, поэтому не требуют больших затрат по синхронизации. Приложение может содержать один или несколько таких блоков. Такой вычислительный блок называется нитью.

Рисунок 3.5 - Многонитевые процессы в многопроцессорной системе

Нити (потоки) помогают решить обе проблемы. Их называют облегченными процессами (lightweight processes), поскольку они проще чем процесс. Создание нити может занимать по времени меньше одной десятой создания процесса.

Все нити одного процесса совместно используют его глобальные переменные, поэтому им легко обмениваться информацией, но это приводит к необходимости синхронизации. Общими становятся не только глобальные переменные. Все нити одного процесса разделяют:

- Инструкции процесса;

- Большую часть данных;

- Открытые файлы (дескрипторы);

- Обработчики сигналов и вообще настройки для работы с сигналами;

- Текущий рабочий каталог;

- Идентификаторы пользователя и группы.

- Каждый поток имеет свой собственный:

- Идентификатор потока;

- Набор регистров, включая PC и указатель стека;

- Стек (для локальных переменных и адресов возврата);

- Errno

- Маску сигналов;

- Приоритет;

и т.д.