13/04/20151 Multitasking Schopnost operačního systému mít spuštěno více programů současně Operační systém používá hardwarové hodiny a každému běžícímu.

Prezentace na téma: "13/04/20151 Multitasking Schopnost operačního systému mít spuštěno více programů současně Operační systém používá hardwarové hodiny a každému běžícímu."— Transkript prezentace:

1 13/04/20151 Multitasking Schopnost operačního systému mít spuštěno více programů současně Operační systém používá hardwarové hodiny a každému běžícímu procesu přiděluje tzv. časová kvanta Pokud jsou časová kvanta dostatečně malá (a počítač není přetížen velkým množstvím spuštěných programů), má uživatel pocit, že všechny programy pracují současně

2 13/04/20152 Multithreading (1) Schopnost programu (za příslušné podpory operačního systému) zavést „multitasking sám v sobě“ Program se může rozdělit na několik samo- statných výpočtových (prováděcích) vláken, tzv. threads Jednotlivým vláknům jsou pak opět přidělová- na časová kvanta a tím vzniká dojem, že tato vlákna pracují současně

3 13/04/20153 Multithreading (2) Dovoluje vyvolat funkci programu, ještě dří- ve než byla dokončena funkce předešlá Program (v operačním systému podporujícím multithreading) začíná pracovat hlavním (primárním) výpočtovým vláknem V rámci hlavního výpočtového vlákna mohou být vytvářena a spouštěna další výpočtová vlákna

4 13/04/20154 Třída Thread (1) Definována ve jmenném prostoru: System.Threading Umožňuje vytváření a řízení činnosti výpoč- tových vláken Vytvoření nového výpočtového vlákna lze provést prostřednictvím volání konstruktoru (třídy Thread ) Volanému konstruktoru se jako parametr pře- dá delegát specifikující metodu, která obsa- huje příkazy, jež se budou v průběhu výpoč- tového vlákna provádět

5 13/04/20155 Třída Thread (2) Delegát specifikující vyvolávanou metodu je tvaru: –public delegate void ThreadStart() –public delegate void ParameterizedThreadStart(object obj) Zahájení činnosti výpočtového vlákna je mož- né následně provést pomocí volání metody Start : –vlákno je spuštěno asynchronně, tj. jako nebloku- jící Vlastnosti: –CurrentThread : vrací aktuálně běžící výpočtové vlákno

6 13/04/20156 Třída Thread (3) –IsBackground : udává, zda se jedná o výpočtové vlákno, které je na pozadí, tj. background výpočtové vlákno může být background (nezabraňuje ukončení procesu) nebo foreground v okamžiku, kdy jsou všechna výpočtová vlákna fore- ground (patřící k danému procesu) ukončena, dojde k ukončení celého procesu a všechna zbývající vlákna background zůstanou nedokončena –Name : specifikuje jméno výpočtového vlákna –Priority : udává prioritu vlákna ( Lowest, BelowNormal, Normal, AboveNormal, Highest )

7 13/04/20157 Třída Thread (4) –ThreadState : specifikuje stav vlákna (např. Running, Stopped, Aborted, Background apod.) Metody: –Abort : způsobí výjimku ThreadAbortException a za- hájí proces vedoucí k ukončení výpočtového vlákna výjimka ThreadAbortException může být za- chycena, ale na konci bloku catch je vyvolána znovu opětovnému vyvolání ThreadAbortException lze zabránit voláním metody ResetAbort –Join : blokuje volající výpočtové vlákno, dokud dané výpoč- tové vlákno neskončí

8 13/04/20158 Třída Thread (5) –ResetAbort : ruší požadavek na ukončení výpočtového vlákna –Sleep : pozastaví provádění vlákna na specifikovaný počet milisekund –Start : zahájí činnost dříve vytvořeného výpočtového vlákna dané vlákno se po vyvolání metody Start nachází ve stavu Running umožňuje předat objekt obsahující data, která mají být použita metodou spouštěnou v rámci výpočtového vlákna je-li vlákno dokončeno, nemůže být pomocí metody Start znovu restartováno

9 13/04/20159 Třída Thread (6) Poznámka: –existují i metody Suspend a Resume pro do- časné pozastavení činnosti vlákna a pro opětovné pokračování v jeho činnosti –tyto metody jsou však zastaralé (obsolete) a v bu- doucích verzích nebudou podporovány

10 13/04/201510 Příkaz lock (1) Označuje blok programu jako kritickou sekci Slouží k zabezpečení, že určitý blok programu proběhne bez přerušení jinými výpočtovými vlákny Příklad: private static object theLock = new object(); … public static void DoWork() { lock (theLock) { // kritická sekce } }

11 13/04/201511 Příkaz lock (2) Zaručuje, že výpočtové vlákno nevstoupí do kritické sekce v době, kdy se v ní nachází jiné výpočtové vlákno Objekt uvedený jako argument za klíčovým slovem lock : –je použitý pro identifikaci zdrojů sdílených mezi více výpočtovými vlákny –musí být viditelný všemi vlákny –musí být referenčního datového typu –by měl být chráněný proti vnějšímu přepsání ( private )

12 13/04/201512 Příkaz lock (3) Příkaz lock představuje syntaktickou zkratku pro volání metod Enter a Exit statické třídy Monitor s použitím bloku try a finally Příklad: private static object theLock = new object(); … public static void DoWork() { Monitor.Enter(theLock); try { // kritická sekce } finally { Monitor.Exit(theLock); } }

13 13/04/201513 Třída ThreadPool (1) Definována ve jmenném prostoru System.Threading Statická třída, která poskytuje fond (sadu) vý- počtových vláken (řízených CLR), která je možné využít k provádění kódu (úloh) Vhodná zejména pro větší množství kratších úloh Všechna výpočtová vlákna prováděná v rám- ci třídy ThreadPool : –se chovají jako vlákna background –mají prioritu Normal

14 13/04/201514 Třída ThreadPool (2) Jestliže vlákno dokončí svou úlohu, je vráce- no do fondu vláken a může být opětovně po- užito: –minimalizuje režii při vytváření nových vláken pro každou úlohu Jsou-li všechna vlákna zaměstnána, pak jsou další úlohy vkládány do fronty, dokud se ne- uvolní vlákna pro jejich zpracování Metody: –GetMaxThreads : vrací maximální počet požadavků, které mohou být současně aktivní

15 13/04/201515 Třída ThreadPool (3) –GetAvailableThreads : vrací rozdíl mezi maximálním počtem vláken (hodno- tou vrácenou metodou GetMaxThreads ) a počtem aktuálně aktivních vláken –SetMaxThreads : nastavuje maximální počet požadavků, které mohou být současně aktivní –QueueUserWorkItem : zařazuje metodu, která má být provedena vláknem, do fronty metoda začne být prováděna v okamžiku, kdy je ve fondu vláken dostupné (volné) vlákno signatura metody musí odpovídat delegátu: public delegate void WaitCallback(object state)

16 13/04/201516 Třída ThreadPool (4) –RegisterWaitForSingleObject : registruje tzv. wait handle společně s metodou, která se zavolá v okamžiku, kdy dojde k signalizaci wait handlu signatura registrované metody musí odpovídat delagá- tu: public delegate void WaitOrTimerCallback(object state, bool timedOut) wait handle lze implementovat pomocí potomků třídy WaitHandle (vyjma třídy Mutex ), např. pomocí třídy ManualResetEvent Pro zjištění, zda vlákno ukončilo svoji čin- nost, je zapotřebí odeslat signál (např. pomo- cí wait handle)

17 13/04/201517 Task Parallel Library Task Parallel Library (TPL) představuje mno- žinu tříd definovanou ve jmenném prostoru System.Threading.Tasks a částečně i ve jmenném prostoru System.Threading Umožňuje efektivní zpracování úloh s využi- tím všech dostupných jader procesoru Provádí např. řízení vláken ve fondu vláken (ThreadPool) a další nízkoúrovňové operace Podobně jako u třídy ThreadPool : –mohou být vlákna opětovně použita –vlákna pracují na pozadí

18 13/04/201518 Třída Parallel (1) Třída TPL definovaná ve jmenném prostoru System.Threading.Tasks Automaticky používá vlákna z fondu vláken a řídí konkurenční přístup Obsahuje (přetěžované) statické metody For a ForEach, které umožňují iterovat kolek- cemi implementujícími rozhraní IEnumerable Tyto metody: –umožňují zadat část kódu, která má být zpracová- na paralelně –blokují provádění hlavního vlákna

19 13/04/201519 Třída Parallel (2) Přináší podporu datového paralelismu: –stejné operace jsou prováděny současně nad prv- ky v kolekci (poli) –vstupní kolekce (pole) je rozdělena tak, aby více vláken mohlo současně pracovat nad jejími růz- nými částmi Srovnání ( foreach ): –sekvenční verze: foreach (var item in sCollection) { DoWork(item); } –paralelní ekvivalent: Parallel.ForEach(sCollection, item => DoWork(item));

20 13/04/201520 Třída Parallel (3) Příklad (možná použití metody For ): static void TestMethod() { Parallel.For(0, 1000, DoWork); Parallel.For(0, 1000, delegate(int i) { // Provedení práce }); Parallel.For(0, 1000, i => { // Provedení práce }); } static void DoWork(int i) { // Provedení práce }

21 13/04/201521 Třída Task Definována ve jmenném prostoru System.Threading.Tasks Reprezentuje asynchronní operace Metoda, která má být provedena jako samo- statná úloha (task), může být specifikována (jako parametr) v době volání konstruktoru Její následné spuštění lze realizovat voláním metody Start Prováděná metoda neblokuje hlavní vlákno aplikace Na její dokončení počkat pomocí metody Wait