多线程技术及其在串口通信中的应用

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多线程技术能很好地解决并发多任务问题,提高资源的利用率和系统的整体性能,因此计算机的各个领域都对其进行了探讨,从不同的角度实现或增强了对多线程的支持。本文首先对多线程的概念进行了分析,然后结合实时串行通信中的不足和存在的问题,提出并实现了一个基于多线程的串口通信模型,并在实际应用中取得了较好的效果。最后指出了多线程应用中需要解决的一些问题。
    进程和线程进程是系统分配资源的基本单位,简单地说,进程就是程序的一次执行,具有动态性、并发性和独立性,进程在自己的地址空间上运行,拥有各自独立的资源。一个进程包括代码、数据、堆栈、文件I/O和信号表等。进程间的关系如图1所示。图1PC寄存器代码段静态数据动态堆堆栈PC寄存器代码段静态数据动态堆堆栈进程1进程2图1进程间的关系由图1可见,进程的上下文是很庞大的。在传统的操作系统中,进程是CPU调度的基本单位,也叫单线程进程。随着计算机应用的深入,对复杂问题的求解在许多情况下需要实现对并发多任务的处理。
    传统上,这是由操作系统按照一定的策略调度各个进程处理的。这种方法有许多缺陷,越来越不能满足实际需要。主要表现在:(1)由于各个进程上下文相当庞大,因此进程作为调度的基本单位,调度时进程间上下文切换引起的开销是很大的,调度越频繁、程序规模越大,这个问题就越突出;(2)由于不同的进程有各自独立的地址空间和系统资源,一个进程创建一个子进程时,子进程一般通过复制来继承上下文,包括复制代码段、数据段、堆栈、进程表项、段表、页表等资源,这种开销也是很大的。而且由于子进程和它的父进程在逻辑上是共享一定资源的,这种方法也造成了资源的浪费;(3)进程间的通信同步时很多情况下必须通过系统调用来完成,开销也是很大的;(4)因为单线程进程并发运行时候所占资源很多,所以许多单线程进程多任务操作系统限制用户进程总数,如很多Unix版本的典型值为40-100,这对于许多并发应用是不够的。
   为解决多进程调用在处理并行性任务时的不足,提出了线程的概念。如把进程中的执行代码与资源分离,则在一个地址空间中可执行多条指令流,每条执行流就是一个线程。线程目前还没有一个严格而统一的定义,简单地讲线程就是程序中的单一顺序执行流。

[正文图表略.]
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