Gestion des processus et synchronisation des threads en C++

C++ est un langage de programmation très populaire, particulièrement largement utilisé dans la programmation système et le développement embarqué. En C++, la gestion des processus et la synchronisation des threads sont des concepts très importants. La gestion des processus fait référence à la façon dont le système d'exploitation gère les processus, tandis que la synchronisation des threads fait référence à la façon dont plusieurs threads se coordonnent et coopèrent pour accomplir des tâches communes. Cet article présentera les principes de base et les méthodes courantes de gestion des processus et de synchronisation des threads en C++.

1. Gestion des processus

Un processus fait référence à une instance d'un programme en cours d'exécution. Il possède son propre espace mémoire, son temps CPU, ses fichiers, son réseau et d'autres ressources. Le système d'exploitation alloue certaines ressources à chaque processus et les gère selon certaines règles. En C++, les processus peuvent être gérés via les fonctions de gestion de processus fournies par le système d'exploitation. Les fonctions courantes sont les suivantes :

1. Fonction fork() : Créez un nouveau processus et copiez une copie du processus enfant dans le processus enfant. La principale différence d'un processus enfant est qu'il possède des registres, une pile, un espace mémoire virtuel et des descripteurs de fichiers indépendants, mais ils partagent le même programme et les mêmes segments de données. Le processus parent et le processus enfant peuvent déterminer s'ils se trouvent sur des chemins de code différents grâce à la valeur de retour.
2. Fonction exec() : utilisée pour remplacer l'espace d'adressage du processus en cours pour exécuter un nouveau programme. Après l'exécution de exec, le segment de code, le segment de données et la pile du processus d'origine sont remplacés par le contenu du nouveau programme. Par conséquent, le chargement dynamique des programmes peut être réalisé à l’aide de la fonction exec().
3. Fonction wait() : attend la fin d'un processus enfant. Si le processus enfant est terminé, la fonction d'attente renverra le code de sortie du processus enfant. Si le processus enfant n'est pas terminé, la fonction d'attente bloquera le processus en cours jusqu'à la fin du processus enfant.
4. Fonction exit() : termine le processus en cours et renvoie un code de sortie. Si un processus appelle la fonction exit(), ses ressources seront libérées, y compris les fichiers ouverts, la mémoire allouée et les données d'exécution.

2. Synchronisation des threads

La synchronisation des threads fait référence à la façon dont plusieurs threads se coordonnent et coopèrent pour accomplir des tâches communes. En C++, la synchronisation des threads est généralement implémentée via des verrous, qui peuvent être implémentés de différentes manières, telles que des verrous mutex, des verrous en lecture-écriture, des variables de condition, etc. Voici plusieurs méthodes courantes de synchronisation de threads :

1. Verrouillage mutex : le verrouillage mutex est la méthode de synchronisation de threads la plus élémentaire, qui garantit qu'un seul thread peut exploiter des ressources partagées en même temps. Une fois qu'un thread entre dans la section critique protégée par un verrou mutex, le verrou sera défini sur "occupé". Lorsque d'autres threads doivent accéder à la même ressource partagée, ils doivent attendre que le verrou soit libéré avant de pouvoir y accéder. Les verrous mutex peuvent être implémentés via des fonctions telles que pthread_mutex_init(), pthread_mutex_lock() et pthread_mutex_unlock() dans la bibliothèque Pthread.
2. Verrouillage en lecture-écriture : les verrous en lecture-écriture sont divisés en deux types : les verrous en lecture et les verrous en écriture. Les verrous en lecture peuvent être détenus par plusieurs threads en même temps, mais les verrous en écriture ne doivent être détenus que par un seul thread. Dans l'état de verrouillage en lecture, les autres threads ne peuvent pas entrer dans l'état de verrouillage en écriture ; dans l'état de verrouillage en écriture, les autres threads ne peuvent pas entrer dans l'état de verrouillage en lecture ou en écriture. Les verrous en lecture-écriture peuvent être implémentés via des fonctions telles que pthread_rwlock_init(), pthread_rwlock_rdlock(), pthread_rwlock_wrlock() et pthread_rwlock_unlock() dans la bibliothèque Pthread.
3. Variable de condition : la variable de condition est un mécanisme de synchronisation de thread qui permet au thread appelant de se bloquer jusqu'à ce qu'une certaine condition soit remplie. Lorsque la condition n'est pas remplie, le thread en attente sera bloqué ; lorsque la condition est remplie, le thread en attente sera réveillé. Les variables de condition peuvent être implémentées via des fonctions telles que pthread_cond_init(), pthread_cond_wait(), pthread_cond_signal() et pthread_cond_broadcast() dans la bibliothèque Pthread.

Ci-dessus sont quelques méthodes courantes de gestion des processus et de synchronisation des threads. Dans le développement C++, la gestion des processus et la synchronisation des threads ont toujours été au centre de l'attention des développeurs. Comprendre les principes de base et l'utilisation de ces méthodes peut aider les développeurs à mieux effectuer leur travail de programmation et à améliorer la maintenabilité et la fiabilité du code.

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