part 11

Multi Threading dan Multiplexing

Dalam ilmu komputer , sebuah thread eksekusi adalah urutan terkecil instruksi diprogram yang dapat dikelola secara independen oleh sistem operasi scheduler . Sebuah thread adalah proses ringan . Pelaksanaan benang dan proses berbeda dari satu sistem operasi yang lain, tetapi dalam banyak kasus, thread yang terkandung di dalam proses. Beberapa benang bisa ada dalam proses yang sama dan berbagi sumber daya seperti memori , sedangkan berbeda proses tidak berbagi sumber daya tersebut. Secara khusus, benang-benang proses berbagi petunjuk yang terakhir (kode) dan konteksnya (nilai-nilai yang variabel yang referensi pada saat tertentu).
Pada prosesor tunggal, multithreading umumnya terjadi oleh time-division multiplexing (seperti dalam multitasking ): dengan prosesor switch antara benang yang berbeda. Ini switching konteks umumnya terjadi cukup sering bahwa pengguna merasakan benang atau tugas sebagai berjalan pada waktu yang sama. Pada multiprosesor atau multi-core sistem, benang dapat benar-benar bersamaan, dengan setiap prosesor atau inti mengeksekusi thread terpisah secara bersamaan.
Banyak sistem operasi modern langsung mendukung baik waktu-iris dan multiprosesor threading dengan scheduler proses. The kernel dari sistem operasi memungkinkan programmer untuk memanipulasi benang melalui system call interface. Beberapa implementasi yang disebut kernel thread, sedangkan proses ringan (LWP) adalah jenis spesifik kernel thread yang berbagi negara dan informasi yang sama.
Program dapat memiliki benang user-space ketika threading dengan timer, sinyal, atau metode lain untuk menghentikan eksekusi mereka sendiri, melakukan semacam ad-hoc waktu mengiris .

Thread berbeda dari tradisional multitasking proses sistem operasi dalam hal:
proses biasanya independen, sedangkan benang ada sebagai subset dari sebuah proses
proses membawa jauh lebih negara informasi dari benang, sedangkan beberapa thread dalam proses berbagi proses negara serta memori dan lainnya sumber daya
proses memiliki terpisah ruang alamat , sedangkan benang berbagi ruang alamat mereka
proses berinteraksi hanya melalui disediakan sistem komunikasi antar-proses mekanisme
konteks beralih antara benang dalam proses yang sama biasanya lebih cepat daripada konteks beralih antara proses.


Multithreading

Multi-threading adalah pemrograman meluas dan eksekusi model yang memungkinkan beberapa thread untuk tetap eksis dalam konteks sebuah proses tunggal. Benang ini berbagi sumber daya proses, tetapi mampu melakukan secara mandiri. Model threaded menyediakan pengembang dengan abstraksi yang berguna eksekusi konkuren. Namun, mungkin aplikasi yang paling menarik dari teknologi ini bila diterapkan pada proses tunggal untuk memungkinkan eksekusi paralel pada sistem multiprocessing.
Ini keuntungan dari program multithreaded memungkinkan untuk beroperasi lebih cepat pada sistem komputer yang memiliki beberapa CPU , CPU dengan beberapa core, atau melintasi sekelompok mesin - karena benang dari program alami meminjamkan diri untuk benar-benar bersamaan eksekusi . Dalam kasus seperti itu, programmer perlu berhati-hati untuk menghindari kondisi ras , dan perilaku non-intuitif lainnya. Agar data yang akan dimanipulasi dengan benar, benang akan sering perlu untuk pertemuan dalam waktu untuk memproses data dalam urutan yang benar. Thread mungkin juga memerlukan saling eksklusif operasi (sering diimplementasikan menggunakan Semaphore ) untuk mencegah data umum dari yang bersamaan dimodifikasi, atau membaca sementara dalam proses modifikasi. Penggunaan ceroboh primitif tersebut dapat menyebabkan deadlock .
Penggunaan lain multithreading, berlaku bahkan untuk sistem single-CPU, adalah kemampuan untuk sebuah aplikasi untuk tetap responsif terhadap masukan. Dalam program single-threaded, jika blok utama benang eksekusi pada tugas lama berjalan, seluruh aplikasi dapat muncul untuk membekukan. Dengan memindahkan tugas berjalan lama tersebut kepada pekerja thread yang berjalan bersamaan dengan eksekusi thread utama, adalah mungkin untuk aplikasi tetap responsif terhadap input pengguna ketika menjalankan tugas di latar belakang. Di sisi lain, dalam banyak kasus multithreading bukan satu-satunya cara untuk menjaga program responsif, dengan non-blocking I / O dan / atau sinyal Unix yang tersedia untuk mendapatkan hasil yang sama. [1]
Sistem operasi menjadwalkan thread di salah satu dari dua cara:
Preemptive multitasking umumnya dianggap pendekatan unggul, karena memungkinkan sistem operasi untuk menentukan kapan beralih konteks harus terjadi. Kerugian untuk multithreading preemptive adalah bahwa sistem dapat membuat context switch pada waktu yang tepat, menyebabkan kunci konvoi , prioritas inversi atau efek negatif lainnya yang dapat dihindari dengan multithreading koperasi.
Multithreading Koperasi, di sisi lain, bergantung pada benang sendiri untuk melepaskan kontrol setelah mereka berada pada titik berhenti. Hal ini dapat menciptakan masalah jika thread sedang menunggu sumber daya untuk menjadi tersedia.
Sampai akhir 1990-an, CPU dalam komputer desktop tidak memiliki banyak dukungan untuk multithreading, meskipun benang masih digunakan pada komputer tersebut karena beralih antara benang itu umumnya masih lebih cepat daripada proses penuh konteks switch . Prosesor di embedded system , yang memiliki persyaratan yang lebih tinggi untuk real-time perilaku, mungkin mendukung multithreading dengan mengurangi waktu benang-switch, mungkin dengan mengalokasikan dedicated register file untuk setiap thread bukan menyimpan / mengembalikan register file umum. Pada akhir 1990-an, ide melaksanakan instruksi dari beberapa thread secara simultan, yang dikenal sebagai multithreading simultan , telah mencapai desktop dengan Intel 's Pentium 4 prosesor, di bawah nama hiper threading . Telah turun dari Intel Core dan Core 2 arsitektur, tetapi kemudian kembali instated di Core I3 , Core i5 dan i7 arsitektur.