操作系统线程并行代码实现

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本文探讨了并发和并行的区别，指出并发在单核和多核处理器上的表现，并通过代码示例展示了在多线程环境下，如何实现线程的并行执行。文中提到，由于编译器优化可能导致并发问题，解决方案是使用`volatile`关键字确保变量的正确同步。同时，通过一个打印机模型的例子说明了并发执行时可能出现的现象，解释了并发执行而非并行的原因，涉及线程间的资源竞争问题。

操作系统线程并行代码实现

个人理解，极其主观，仅供参考！

关于并发和并行，可以参考文章：多线程是同时执行多个线程的吗。个人理解并发是可以包含并行的概念的。

并发：

多个线程按照一定的顺序逐个占用CPU，执行任务，顺序由操作系统调度。

对于单核处理器而言，其多线程都是并发的。

对于多核处理器而言，其用户级线程是并发的。

并行：

多个线程同时占用CPU多个核心，执行任务(线程数要小于CPU的超线程数)。

对于单核处理器而言，其不存在并行现象。

对于多核处理器而言，其内核心线程是并行的。

**注意：**线程间不争夺系统资源才能产生并行。

代码实现：

环境：win10下使用mingw编译器(在Linux下使用pthread库创建的线程默认是内核级线程——Linux下调用pthread库创建的线程是属于用户级线程还是内核级线程？——其实在windows下也是如此)

int num = 1;
void do1()
{
    printf("p1 do1\n");
}
void do2()
{
    printf("p2 do2\n");
}
void* funP1(void* arg)
{
    while(1)
    {
        do1();
        while(num);
        do2();
    }
}
void* funP2(void* arg)
{
    while(1)
    {
        sleep(10);
        if(num)
        {
            num = 0;
        }
        else
        {
            num = 1;
        }
    }
}
int main()
{
    pid_t p1,p2;
    pthread_create(&p1,NULL,funP1,NULL);
    pthread_create(&p2,NULL,funP2,NULL);
    pthread_join(p1,NULL);
    pthread_join(p2,NULL);
    return 0;
}

程序输出：

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-FTjLEkv9-1623033218332)(C:\Users\Admin\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210606221848518.png)]$

程序运行结果如图，这明显与我们的预期不符，如果两个线程同时运行，经过了十秒后，num赋值为0，线程p1不再堵塞在while，do2被调用，应该会看到do2函数运行结果才对。

这里由于采用release版本编译，在线程p1里，由于只有一个读num值的语句，所以编译器进行了优化，每次读寄存器中的值以加快读取速度，其他线程更改了内存中的值，但寄存器的值没有改变，导致卡死在这里。

这时，就要加volatile关键字了，它告诉编译器这是个易变的变量，每次读取这个变量都要从内存中读数据。

加了volatile关键字后，程序的运行结果：

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-FV0uj3u8-1623033129668)(C:\Users\Admin\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210606222928335.png)]$

在十秒后，do1 do2被循环调用，再过十秒程序不再打印，循环往复。

印证了，在线程p1执行while循环的时候，p2的sleep函数也在运行，两者并行。

刚接触并发编程的时候，会写一个打印机模型，让两个线程分别打印不同的话：

void* funP1(void* arg)
{
    while(1)
    {
        printf("THREAD1 IS RUNNING\n");
    }
}
void* funP2(void* arg)
{
    while(1)
    {
        printf("THREAD2 IS RUNNING\n");
    }
}