多核程序设计：线程模型与性能优化

"多核程序设计的考试题涵盖了多线程的概念、模型、函数含义以及并行程序优化技术和线程的优点。题目涉及了用户级线程与内核级线程的映射模型，如多对一、一对一和多对多模型的特性。还考察了Windows和Linux操作系统中用于多线程编程的函数，例如Windows的ResumeThread、TerminateThread、InitializeCriticalSection等，以及Linux的pthread_create、pthread_join、pthread_attr_init等。此外，提到了并行程序性能优化技术，如减少通信量、负载平衡和计算与通信的重叠。多线程机制的优点包括创建成本低、切换速度快、数据共享和模块化设计。最后，讨论了线程和进程的概念及其关系，以及Windows环境下的同步机制，如全局变量、事件和临界区的使用。" 在多核程序设计中，线程和进程是关键概念。线程是进程中的执行单元，是轻量级进程，允许在一个进程中并发执行多个代码序列。进程则是一个独立的资源分配单位，包含一组执行中的程序任务。多对一模型中，多个用户级线程对应一个内核级线程，效率较高但存在阻塞问题。一对一模型确保每个用户级线程有独立的内核级线程，从而实现真正的并发。多对多模型则介于两者之间，灵活调整线程数量以平衡资源使用和并发性。 Windows多线程编程中，ResumeThread用于恢复已挂起的线程，TerminateThread终止线程运行，InitializeCriticalSection初始化线程临界区以实现同步，CreateMutex创建线程互斥量，CreateEvent创建线程事件。而在Linux中，pthread_create用于创建线程，pthread_join用于线程间的同步，pthread_attr_init初始化线程属性，pthread_cancel取消线程，sem_getvalue获取信号量的当前值。 为了优化并行程序性能，可以采取减少通信量、提高通信粒度、利用高效的集合通信算法、挖掘算法的并行度、负载平衡、通信和计算的重叠等策略。例如，通过重复计算降低通信需求，以计算换取通信时间。 多线程机制的优点包括创建线程的开销相对创建进程较小，线程间切换更快，有利于多处理器环境下的资源利用率提升。线程间的数据共享简化了信息传递，加快响应速度，使得程序设计更模块化，减少程序逻辑复杂性。 在Windows环境下，同步机制如全局变量可以供所有线程访问，但可能导致竞态条件；事件可以用来同步线程的启动和停止；临界区是线程同步的一种机制，确保同一时间只有一个线程能访问特定区域，防止数据不一致。这些同步机制对于保证多线程程序的正确性和一致性至关重要。