Wątek (informatyka).html |
| | | ca | | | de | | | en | | | es | | | fr | | | it | | | nl | | | no | | | pl | | | pt | | | ru | | | ro | | | fi | | | sv | | | tr | | | vo | | |
| |  |
 |
Ten artykuł wymaga dopracowania zgodnie z zaleceniami edycyjnymi. Należy w nim poprawić: Brak porządnego wyjasnienia istoty watku; odrożnienia wątku od procesu. Potem przejście do opisu problemu generalnie związanego z programowaniem współbieżnym, nie zaś z samym pojęciem wątku. Po wyeliminowaniu wskazanych powyżej niedoskonałości prosimy usunąć szablon {{Dopracować}} z kodu tego artykułu. |
Wątek (ang. thread) - jest innym rodzajem procesu, wykonywanego współbieżnie w obrębie jednego zadania (programu). Różnica między zwykłym procesem a wątkiem polega na współdzieleniu przez wszystkie wątki uruchomione w jednym zadaniu przestrzeni adresowej oraz wszystkich struktur systemowych (np. listy otwartych plików, gniazdek, itp.).
Ta cecha ma dwie ważne konsekwencje:
- Wątki wymagają mniej zasobów do działania i też mniejszy jest czas ich tworzenia.
- Dzięki współdzieleniu przestrzeni adresowej (pamięci) wątki jednego zadania mogą się między sobą komunikować w bardzo łatwy sposób, niewymagający pomocy ze strony systemu operacyjnego. Przekazanie dowolnie dużej ilości danych wymaga przesłania jedynie wskaźnika, zaś odczyt (a niekiedy zapis) danych o rozmiarze nie większym od słowa maszynowego nie wymaga synchronizacji (procesor gwarantuje atomowość takiej operacji).
Wątki są udostępniane wprost przez system operacyjny MS Windows, w systemach Linux, BSD i innych dostępna jest biblioteka pthread, dająca jednolity interfejs, ukrywający szczegóły implementacji. W językach programowania używających maszyn wirtualnych (Python, Java itp.) są dostępne również tzw. zielone wątki, które nie są obsługiwane przez system operacyjny, ale samą maszynę wirtualną - to pozwala m.in. na realizację współbieżności nawet wtedy, gdy docelowy system operacyjny nie udostępnia wątków.
edytuj Brak synchronizacji między wątkami
W systemach wieloprocesorowych, a także w systemach z wywłaszczaniem, wątki mogą być wykonywane równocześnie (współbieżnie). Równoczesny dostęp do wspólnych danych grozi jednak utratą spójności danych i w konsekwencji błędem działania programu.
Podręcznikowy przykład: ciąg instrukcji odczyt-zmiana-zapis.
Załóżmy że program ma dane do przetwarzania, umieszczone w N pierwszych komórkach tablicy X. Liczba N zapisana jest w odpowiedniej zmiennej. Algorytm przetwarzania mógłby wyglądać następująco: 1. odczytaj zmienną N i sprawdź, czy jest równa 0 2. jeśli tak (nie ma danych w X), przejdź do kroku 7. 3. (tu wchodzimy, gdy N równe 1 lub więcej) odczytaj wartość X[N] 4. zmniejsz wartość N o 1 (zaznacz, że N-ta dana została już zabrana) 5. zrób coś z tą odczytaną daną (tu następuje właściwe przetwarzanie) 6. (dana obsłużona - zajmij się następną) przejdź do kroku 1. 7. (koniec pracy) Jest to najprostsza pętla opróżniająca stos X. W środowisku jednowątkowym działa zgodnie z oczekiwaniami, przetwarzając kolejno dane X[N], X[N-1], itd. aż do X[1], po czym zatrzymuje się z zerową wartością zmiennej N.
Jednak w środowisku wielowątkowym dwa równoczesne wątki mogą wykonać się w taki sposób (załóżmy N=2):
| wątek 1 | wątek 2 | ||
|---|---|---|---|
| krok | czynność | krok | czynność |
| 1. | odczyt N=2 | ||
| 2. | (nic; N > 0) | 1. | odczyt N=2 |
| 3. | odczyt X[N], czyli X[2] | 2. | (nic; N > 0) |
| 3. | odczyt X[N], czyli X[2] | ||
| 4. | zapis N=1 | ||
| 4. | zapis N=1 | ||
| 5. | (przetwarzanie) | 5. | (przetwarzanie) |
| 6. | (przejście do 1.) | 6. | (przejście do 1.) |
Jak widać, oba wątki pobrały do przetwarzania tę samą daną X[2]. Jeśli nasz program jest systemem księgowym, a w X[2] było zapisane "dokonaj przelewu kwoty xxxx z rachunku nnnn na rachunek mmmm", to przelew zostanie zaksięgowany dwukrotnie.
W dalszym ciągu wykonania tego samego programu możliwy jest również inny przypadek. Przypuśćmy, że wątek nr 1 wolniej przetwarzał X[2] i teraz wątek nr 2 zaczyna kolejny cykl:
| wątek 1 | wątek 2 | ||
|---|---|---|---|
| krok | czynność | krok | czynność |
| 1. | odczyt N=1 | ||
| 1. | odczyt N=1 | 2. | (nic; N > 0) |
| 3. | odczyt X[N], czyli X[1] | ||
| 2. | (nic; N > 0) | ||
| 4. | zapis N=0 | ||
| 3. | odczyt X[N], czyli X[0] | ||
| .... | .... | ||
Pomimo posłużenia się licznikiem N, wątek nr 1 usiłuje pobrać nieistniejący element danych spod nielegalnego indeksu - X[0]. W zależności od różnych czynników spowoduje to albo natychmiastowe awaryjne przerwanie działania programu, albo dowolne, nieprzewidywalne zaburzenia (błędy) w dalszym jego działaniu.
Do zapobiegania takim sytuacjom wykorzystuje się mechanizmy synchronizacji wątków: semafory, muteksy, sekcje krytyczne.