Thread Progamming in C++11

Multi-Threading bzw. Concurrency wird in C++ direkt erst ab C++11 unterstützt. Davor war es aber in gängigen Zusatz-Libraries enthalten (Boost, Qt, ...) verfügbar. Im wesentlichen bedeutet Multi-Threading, dass aus einem C++ Programm heraus mehrere, ``parallel laufende'' Prozesse (= Threads) gestartet werden können.

Historie:

In frühen Computern wurde ein Programm vom Anfang bis Ende ausgeführt, erst dann wurde das nächste Programm gestartet $\bgroup\color{green}\ensuremath{\Rightarrow}\egroup$ Batch-Processing
Modernere Betriebssysteme unterstützen Multi-Tasking, d.h. über einen Time-sharing Mechanismus wird die CPU-time auf die verschiedenen Prozesse verteilt. Auf Single-CPU Rechner läuft natürlich jeweils nur ein Prozess aber nach typisch einigen Millisekunden ist der nächste an der Reihe $\bgroup\color{green}\ensuremath{\Rightarrow}\egroup$ Basis für interaktive Multi-User Systeme
Die einzelnen Prozesse laufen aber völlig getrennt, jedes Programm hat seinen eigenen Speicherbereich, seine eigenen Variablen, usw.
Multi-Threading geht darüber hinaus: Es laufen gleichzeitig mehrere Versionen eines Programms, die alle auf den gleichen Speicherbereich zugreifen.
$\bgroup\color{green}\ensuremath{\Rightarrow}\egroup$ Heikel, mögliche Konflikte beim Zugriff auf Speicherbereiche (Lesen, Schreiben, Löschen).

Qt-Programme mit GUI sind automatisch multi-threaded:

Thread für main() und was daraus gerufen wird, Thread für z.B. Zeichnen der Graphic-Pane

Neuer Trend im Programmieren: Concurrency = Multithreading

Bis vor kurzem war Multi-Threading auf spezielle Anwendungen beschränkt (GUIs, Steuerung, Server-Prozesse) und etwas für Experten.

Allerdings vor einigen Jahren Trendwende bei Hardware Entwicklung:

Leistungssteigerung der Prozessoren durch steigende Taktraten und optimierte Prozessorabläufe ziemlich ausgereizt, jedenfalls stark verlangsamt.
Stattdessen Einführung von Multi-Core CPUs, d.h. mehrere Prozessorkerne auf einem Chip. Z.Z. 4, 8, 12, 20 oder mehr Cores pro CPU gängig bei Server Prozessoren, noch deutlich mehr bei Systemen mit Ko-Prozessoren (GPUs, MIC/Phi)
Performance in Zukunft v.a. durch mehr Prozessorkerne.
Vectorisation bzw SIMD Processing weiteres wichtiges Feature zur Steigerung der Performance

Verlangt zwingend multi-threaded Programme um Leistungssteigerungen auszunutzen.

Siehe auch Artikel von Herb Sutter: The Free Lunch Is Over

Historie Transistor/CPU Entwicklung

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CPU vs Memory Speed

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Subsections

GDuckeck 2019-08-01