Les threads

Principes des threads

Un thread (en anglais, thread signifie fil), parfois traduit par unité d’exécution, est une portion de code qui peut s’exécuter à l’intérieur d’un processus. Un processus peut contenir différents threads, qui s’exécutent indépendamment les uns des autres, éventuellement simultanément si le système est multiprocesseur ou multicœur. Comme les threads s’exécutent dans le contexte d’un processus, ils partagent le même espace mémoire et disposent des mêmes ressources (fichiers ouverts, tubes, sockets, objets mémoire partagée, etc.). Pendant qu’un thread est en attente d’une ressource ou du retour d’un appel système (entrée/sortie longue par exemple), un autre thread du même processus peut s’exécuter.

Un processus traditionnel est un cas particulier, il n’exécute qu’un seul thread.

Le principal intérêt des threads est qu’ils partagent directement toutes les ressources du processus, et en particulier l’espace mémoire. La communication entre les threads est donc automatique, sans nécessiter de mécanisme particulier.

La principale difficulté de la programmation multithread réside dans la synchronisation des différents threads d’un processus, pour éviter...

Threads et processus

Quand un processus est créé, il est d’abord monothread. Ce thread initial, appelé thread principal (main thread) car c’est lui qui exécute la fonction main(), peut utiliser un appel système pour créer d’autres threads au sein du processus.

Il n’y a pas de hiérarchie particulière entre les threads d’un processus ni d’ordre particulier d’exécution.

Gestion des threads

Un thread (hormis le thread principal, créé automatiquement par le noyau) est créé par un appel système dans lequel on lui associe une fonction à exécuter.

Quand le thread se termine, soit parce que sa fonction se termine ou exécute l’instruction return, soit parce qu’il exécute un appel système spécifique, soit parce qu’il a été l’objet d’un appel système d’annulation, il reste dans un état proche de celui d’un processus zombie, jusqu’à ce qu’un thread du même processus le "joigne" (sauf s’il avait préalablement été "détaché").

Nous allons étudier les différents appels système correspondant à ces phases de déroulement d’un thread, puis nous verrons les techniques de synchronisation des threads.

#include <pthread.h> 
int pthread_create(pthread_t *pthread_id, const pthread_attr_t *attr, 
void *(*start_routine) (void *), void *arg); 

Synchronisation des threads

Comme les threads d’un processus partagent le même espace mémoire et la plupart des ressources du processus, il est délicat de gérer les éventuels conflits d’accès. Il faut donc utiliser des outils de synchronisation entre les threads, pour pouvoir garantir un accès exclusif aux éléments communs.

Il est possible de gérer les accès concurrents avec les sémaphores, étudiés dans les chapitres précédents, mais leur mise en œuvre est lourde et consommatrice de ressources. Il est généralement préférable d’utiliser des méthodes spécifiquement conçues pour les threads, en particulier les mutex et les variables conditionnelles.