Threads

• Threads separam conceitos de agrupamento de recursos e execução.
• Processos agrupam recusos
• Threads são escalonadas para execução
• Permitem que múltiplas execuções ocorram no mesmo ambiente
• Devido a maior simplicidade de escalonamento são chamadas de "Processos leves"
• No Multithread, a entidade processo é dividida em processo e thread
• Thread correspondeo ao estado de execução
• No modelo mutlithread existem duas entidade na tabela de processo
• Threads compartilham as mesma varáveis globais
• A proteção dos threads é de responsabilidade do programador
• A pilha é uma estrutura em memória, porem cada thread possui sua própria pilha e não compartilha esses dados com outras threads
• As threads chamam procedimentos diferentes em tempos diferentes
• Chamadas de controle de threads:
  • thread_create: Cria uma thread nova, passando uma função como argumentos para iniciar a execução
  • thread_exit: Termina a thread em execução
  • thread_yield: Permite que uma thread desista voluntariamente da CPU

Por que utilizar múltiplas threads?

• Pelo mesmo motivo que processos concorrentes são melhores que sem concorrência
• Threads possuem troca de contexto mais leve que processos
• Procemos dividir o programa caso exista muitas chamadas blocantes, se as chamadas blocantes forem de diversas fontes melhora-se o tempo
• Para explorar melhor os recursos da máquina
• A intel fez uma campanha avisando que a tendência é aumentar o número de núcleos, não a velocidade deles
• Threads são mais fáceis de cirar e destruir que processos, pois só precisa de uma área alocada
• Em alguns sistemas, criar uma thread é 100 vezes mais rápido que criar um processo
• É um modelo de programação mais simples
• Quando um programa deve tratar dados de diversas fontes:

A arte de Multiprogramar

Porem há questões que foram levantadas:

• Fork(): Quando o pai cria o processo filho, ele deve conter o mesmo tanto de threads que o pai ou apenas um? APENAS UMA THREAD
• Escalonamento: Uma thread estiver bloqueada esperando dados do teclado, ele deveria ser bloqueado?
• O compartilhamento de dados pode causar muitos problemas
  • O que acontece quando uma thread fecha um arquivo que outra thread está lendo? -<
• Alguns desafios são solucionados com boas práticas de programação

Multithreading Programming -> Expectation vs Reality

Implementação de Threads

Para implementação das threads, existem diferentes formas para sua implementação. Implementar o modelo de processos e threads a nível de sistema operacional, criando abstrações de processos e de threads

• Implementar threads no sistema operacional
• O kernel do S.O deve criar as threads, organiza seu escalonamento e término
• Existência de uma tabela de threads no kernel, que contém os dados de cada thread
• É necessário uma biblioteca de threads, para evitar overhead de contexo entre as threads
• O núcleo vai ver a bibiolteca de threads em modo usuário

Implementação em modo Kernel

• Geralmente o escalonador do S.O é não-preemptivo
• Cada processo precisa de sua própria tabela de threads
• Threads manipuladas por funções
• Quando uma thread dor perder o controle, ela chama o procedimento do ambiente para selecionar outra thread
• Troca de contexto muito rápida entre as threads
• Cada processo pode ter seu próprio algoritmo de escalonamento
• Desvantagens
  • Muito cuidado ao usar chamadas bloquantes do sistema, elas rião bloquear todas as threads.
• A solução é colocar uma "capa" antes de todas as chamadas blocantes do sistema. Desta forma quando uma chamada blocante for realizada ela é mascarada pela biblioteca de threads que faz o teste de bloqueio

Implementação de Threads em Modo Usuário

• Enquanto utilizar threads no espaço de usuário reduz o custo de troca, as operações de I/O exigem mais e podem bloquear as outras threads
• Implementar as threads em S.O continua inserindo um custo caro de troca de contexto

Threads em Modo Híbrido

• Busca juntar as vantagens dos threads em modo kernel e modo usuário
• Um processo pode ter várias threads de kernel, por usa vez cada kernel pode conter diversar threads em modo usuário

Comparativo de threads em Diversos S.O