Concurrent Programming

何謂 Concurrent Programming ??

所謂的 Concurrent Programming 簡單的講就是一個多工的程式， 這種形式的程式設計有個好處就是當程式 Block 的時候，程式還能 繼續做其他的事，通常 Block 的情況最常發生於網路程式或是一些和 I/O 做處理的程式，一般 Concurrent Programming 最常用的方法就是 用 fork() 還有 thread 這兩種功能，下面將討論這兩種方法。

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關於 UNIX 下的 fork()

在 UNIX 中有所謂的 fork() 功能，這個功能主要目的是產生兩個 一模一樣的 process 在電腦中同時執行，藉由這種方法可以做出 Concurrent Programming 的效果，這種方法在 UNIX 一直都被廣泛的應用在各種不 同的應用程式上。 #include &ltstdio.h> void main(void) { int pid,i; pid = fork(); if (pid == 0) { for (i=0;i<44;i++) { printf(" I am a child process I say %d\n",i); sleep(1); } exit(1); } else if (pid > 0) { for (i=0;i<40;i++) { printf(" I am a parent process I say %d\n",i); sleep(1); } } else if (pid < 0) printf(" Sorry .....I can't fork my self\n"); } 上面就即是一個簡單的 fork() 用法，執行上面的程式後， 可以藉由印出的字串看到多工的效果，fork() 還可配合 exec() dup() pipe() 做出和外部程式結合使用的效果。再來就解釋一下 fork() 是怎麼動作的： 原來的 process +---------+ | Data | +---------+ | Code |---> PC +---------+ 執行 fork() 之後 原來的 process fork 出來的 process +----------+ 複製 Data Code 到 +----------+ | Data | ===================> | Data | +----------+ +----------+ | Code |---> CP = CP+1; | Code |----> CP = CP+1 +----------+ +----------+ 由上圖可以看出原來的 process 和 fork 出來的 process 不論是變數、程式 碼都是一模一樣的，唯一不同的是 fork() 的返回值，parent process 的返回值 是 child process 的 PID ，而 child process 的返回值是 0 ，因此在程式實 作上就以 fork() 的返回值來判斷那一個是 parent 那一個是 child 。

關於 thread

thread 是最近較為流行的一種趨勢，thread 可分為兩種：user-level 和 kernel-level，這兩種方法各有其優缺點，以下是他們的比較： The advantages of kernel-level threads over user-level threads are: - supports multiprocessors; - possibly smoother scheduling, since the same scheduler (the kernel's) handles both threads and other Unix processes; - no special action needed to make blocking system call suspend only the calling thread, not all threads of the process (user-level threads usually rely on a combination of select() and jacketing of C library functions for system calls); - as a consequence of the above, more efficient I/O and timer-based operations (no need for extra select() and gettimeofday()). The disadvantages are: - more expensive context switches between threads, at least when blocking on conditions and mutexes; - thread creation is more expensive. --- 引自 LinuxThreads -- 由上面的比較可以清楚的發現 kernel-level 是一個比較好的選擇， 也算是發展的趨勢吧，下面舉個在 Solaris 下的 thread 範例： #define _REENTRANT #include &ltthread.h> #include &ltstdio.h> #include &ltstdlib.h> #define NUM_THREADS 10 #define SLEEP_TIME 10 void *sleeping(char *); int i; thread_t tid[NUM_THREADS]; void main(int argc,char *argv[]) { for (i=0;i&ltNUM_THREADS;i++) thr_create(NULL,0,sleeping,"4",0,&tid[i]); while (thr_join(NULL,NULL,NULL) == 0) ; printf("main() reporting that all %d threads have terminated\n",i); } void *sleeping(char *sleep_time ) { printf(" thread %d sleeping %d seconds\n",thr_self(),atoi(sleep_time)); sleep(atoi(sleep_time)); printf("\n thread %d awakening\n",thr_self()); } compile 的時候記得要加 -lthread 以這個程式和上面 fork 中所舉的例子來做 比較可明顯的發現 thread 所佔用的 Memory 較少，另外需要注意的一點是，thread 和 fork 是可以結合使用的，結合使用時可分為兩種：一種是 fork 的時候將 parent process 全部複製；另一種是只有複製 parent process 中呼叫 fork() 的 thread。