多核程序设计：线程模型与性能优化解析

"多核程序设计相关考试题目的讲解，涉及多核程序设计中的线程映射模型、Windows和Linux多线程编程函数、并行程序性能优化技术、多线程机制的优势，以及线程与进程的概念和关系，以及Windows环境下的同步机制。 一、线程映射模型 在多核程序设计中，线程映射模型主要有三种： 1. 多对一模型：在这种模型中，多个用户级线程映射到单个内核级线程。用户空间完成线程管理，提高了效率，但当一个线程被系统调用阻塞时，整个进程也会被阻塞。 2. 一对一模型：每个用户级线程对应一个内核级线程，这样即使一个线程被阻塞，其他线程仍能继续执行，提供了更好的并发性。 3. 多对多模型：允许m个用户级线程映射到n个内核级线程，其中m可能大于n。用户可以灵活分配线程，兼顾并发执行和系统资源的节约。 二、Windows多线程编程函数 - ResumeThread()：恢复已挂起的线程执行。 - TerminateThread()：强制终止指定线程的运行，注意此操作可能导致数据丢失。 - InitializeCriticalSection()：初始化一个线程临界区，用于互斥访问资源。 - CreateMutex()：创建一个线程互斥量，确保同一时间只有一个线程访问特定资源。 - CreateEvent()：创建线程事件，用于线程间的同步和通信。 三、Linux多线程编程函数 - pthread_create()：创建新的线程。 - pthread_join()：使当前线程等待指定线程结束，实现同步。 - pthread_attr_init()：初始化线程属性结构体。 - pthread_cancel()：取消一个线程的执行。 - sem_getvalue()：获取线程信号量的当前值。 四、并行程序性能优化技术 1. 减少通信量和提高通信粒度，以降低通信开销。 2. 使用高效的集合通信算法处理全局通信。 3. 挖掘算法的并行度，减少CPU空闲时间。 4. 实现负载平衡，确保资源有效利用。 5. 通信与计算重叠，提高执行效率。 6. 通过重复计算减少通信，牺牲计算换取更高的并行性。 五、多线程机制的优点 - 创建线程的成本较低，比创建进程更为轻便。 - 线程切换的开销小于进程切换。 - 能充分利用多核处理器，提升整体性能。 - 数据共享简化了进程间通信。 - 快速响应特性，如UI线程可以快速响应用户输入。 - 有助于模块化编程，简化程序逻辑。 六、线程与进程 线程是进程上下文中的执行流，是进程内的一个执行单元，而进程是资源分配的基本单位，包含了执行的程序及相关的资源。一个进程可以有多个线程，共享进程的内存空间。 七、Windows环境下的同步机制 - 全局变量：所有线程都可以访问，但需要同步机制防止并发访问时的数据不一致。 - 事件：通过事件对象，线程可以等待特定条件发生，实现同步。 - 临界区：临界区是一种互斥访问机制，确保同一时间只有一个线程能访问特定资源，防止数据冲突。InitializeCriticalSection()函数用于初始化临界区。"