pthreads

في مجال الحوسبة ، تُعدّ خيوط POSIX ، المعروفة اختصارًا بـ pthreads (نسبةً إلى ملف رأسها <pthread.h> )، نموذج تنفيذ مستقل عن لغة البرمجة ، كما أنها نموذج تنفيذ متوازٍ . تُمكّن هذه الخيوط البرنامج من التحكم في تدفقات عمل متعددة ومتداخلة زمنيًا. يُشار إلى كل تدفق عمل باسم " خيط" ، ويتم إنشاء هذه التدفقات والتحكم بها من خلال استدعاء واجهة برمجة تطبيقات خيوط POSIX . خيوط POSIX هي واجهة برمجة تطبيقات مُعرّفة في معيار معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) POSIX .1c، امتدادات الخيوط (IEEE Std 1003.1c-1995) .

تتوفر تطبيقات واجهة برمجة التطبيقات (API) على العديد من أنظمة التشغيل المتوافقة ^مع معيار POSIX الشبيهة بنظام Unix ، مثل FreeBSD و NetBSD و OpenBSD و Linux و macOS و Android [ ^{1 ]} وSolaris و Redox و QNX و AUTOSAR Adaptive، وعادةً ما تكون مُجمّعة كمكتبة libpthread . كما توجد تطبيقات لأنظمة DR-DOS و Microsoft Windows : ضمن النظام الفرعي SFU/SUA الذي يوفر تطبيقًا أصليًا لعدد من واجهات برمجة تطبيقات POSIX، وأيضًا ضمن حزم خارجية مثل pthreads-w32 ^{[ 2 ]} ، التي تُطبّق pthreads على واجهة برمجة تطبيقات Windows الحالية .

تُعرّف مكتبة pthreads مجموعة من أنواع البيانات والدوال والثوابت الخاصة بلغة البرمجة C. ويتم تنفيذها باستخدام ملف رأس ومكتبة خيوط .pthread.h

يوجد حوالي 100 إجراء متسلسل، جميعها مسبوقة ببادئات pthread_، ويمكن تصنيفها إلى خمس مجموعات:

• إدارة سلاسل المحادثات – إنشاء سلاسل المحادثات، وربطها، وما إلى ذلك.
• التزامن المتبادل
• متغيرات الحالة
• التزامن بين الخيوط باستخدام أقفال القراءة والكتابة والحواجز
• أقفال الدوران ^{[ 3 ]}

تعمل واجهة برمجة تطبيقات الإشارات الثنائية POSIX مع سلاسل عمليات POSIX، ولكنها ليست جزءًا من معيار سلاسل العمليات، حيث تم تعريفها في معيار POSIX.1b، ملحقات الوقت الحقيقي (IEEE Std 1003.1b-1993) . ونتيجة لذلك، تُسبق إجراءات الإشارات الثنائية بـ sem_بدلاً من pthread_.

مثال يوضح استخدام مكتبة pthreads في لغة C:

#include <assert.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h>#define NUM_THREADS 5void * perform_work ( void * arguments ){ int index = * (( int * ) arguments ); int sleep_time = 1 + rand () % NUM_THREADS ; printf ( "Thread %d: Started. \n " , index ); printf ( "Thread %d: Will be sleeping for %d seconds. \n " , index , sleep_time ); sleep ( sleep_time ); printf ( "Thread %d: Ended. \n " , index ); return NULL ; }int main ( void ) { pthread_t threads [ NUM_THREADS ]; int thread_args [ NUM_THREADS ]; int result_code ; // إنشاء جميع الخيوط واحدًا تلو الآخر for ( int i = 0 ; i < NUM_THREADS ; i ++ ) { printf ( "في الدالة الرئيسية: إنشاء الخيط %d. \n " , i ); thread_args [ i ] = i ; result_code = pthread_create ( & threads [ i ], NULL , perform_work , & thread_args [ i ]); assert ( ! result_code ); }printf ( "في الدالة الرئيسية: تم إنشاء جميع الخيوط. \n " );// انتظر حتى يكتمل كل خيط for ( int i = 0 ; i < NUM_THREADS ; i ++ ) { result_code = pthread_join ( threads [ i ], NULL ); assert ( ! result_code ); printf ( "في البرنامج الرئيسي: انتهى الخيط %d. \n " , i ); }printf ( "انتهى البرنامج الرئيسي. \n " ); return 0 ; }

ينشئ هذا البرنامج خمسة خيوط، يُنفّذ كل منها الدالة `perform_work` التي تطبع الرقم الفريد لهذا الخيط على المخرج القياسي. إذا أراد المبرمج أن تتواصل الخيوط فيما بينها، فسيتطلب ذلك تعريف متغير خارج نطاق أي من الدوال، ليصبح متغيرًا عامًا . يمكن تجميع هذا البرنامج باستخدام مُجمِّع gcc بالأمر التالي:

gcc pthreads_demo.c -pthread -o pthreads_demo

إليك أحد المخرجات العديدة المحتملة من تشغيل هذا البرنامج.

في البرنامج الرئيسي: إنشاء الخيط 0. في البرنامج الرئيسي: إنشاء الخيط 1. في البرنامج الرئيسي: إنشاء الخيط 2. في البرنامج الرئيسي: إنشاء الخيط 3. الخيط 0: بدأ. في البرنامج الرئيسي: إنشاء الخيط 4. الخيط 3: بدأ. الخيط 2: بدأ. الخيط 0: سيبقى في وضع السكون لمدة 3 ثوانٍ. الخيط 1 : بدأ. الخيط 1: سيبقى في وضع السكون لمدة 5 ثوانٍ. الخيط 2: سيبقى في وضع السكون لمدة 4 ثوانٍ. الخيط 4: بدأ. الخيط 4: سيبقى في وضع السكون لمدة ثانية واحدة. في البرنامج الرئيسي: تم إنشاء جميع الخيوط. الخيط 3: سيبقى في وضع السكون لمدة 4 ثوانٍ. الخيط 4: انتهى. الخيط 0: انتهى. في البرنامج الرئيسي: انتهى الخيط 0. الخيط 2: انتهى. الخيط 3: انتهى. الخيط 1: انتهى. في البرنامج الرئيسي: انتهى الخيط 1. في البرنامج الرئيسي: انتهى الخيط 2. في البرنامج الرئيسي: انتهى الخيط 3. في البرنامج الرئيسي: انتهى الخيط 4. انتهى البرنامج الرئيسي.

لا يدعم نظام ويندوز معيار pthreads بشكلٍ أصلي؛ لذا، يسعى مشروع Pthreads4w إلى توفير تطبيق وسيط قابل للنقل ومفتوح المصدر . كما يُمكن استخدامه لنقل برامج يونكس (التي تستخدم pthreads) إلى منصة ويندوز مع تعديلات طفيفة أو بدون أي تعديلات. ^{[ 4 ]} يتوافق الإصدار 3.0.0 من Pthreads4w ^{[ 5 ]} أو أحدث، المُرخص بموجب رخصة أباتشي العامة الإصدار 2.0، مع أنظمة ويندوز 64 بت و32 بت. كما يتوافق الإصدار 2.11.0 ^{[ 6 ]} ، المُرخص بموجب رخصة LGPLv3، مع أنظمة 64 بت و32 بت.

يحتوي مشروع Mingw-w64 أيضًا على تطبيق غلاف لـ 'pthreads، وهو winpthreads ، والذي يحاول استخدام المزيد من استدعاءات النظام الأصلية مقارنةً بمشروع Pthreads4w. ^{[ 7 ]}

يوفر النظام الفرعي لبيئة Interix، المتوفر في حزمة Windows Services for UNIX/Subsystem for UNIX-based Applications، منفذًا أصليًا لواجهة برمجة تطبيقات pthreads، أي أنه غير مرتبط بواجهة برمجة تطبيقات Win32 ولكنه مبني مباشرة على واجهة استدعاء النظام لنظام التشغيل . ^{[ 8 ]}

• نظام التشغيل
• OpenMP
• سيلك / سيلك بلس
• ربط لبنات البناء (TBB)
• مكتبة خيوط POSIX الأصلية (NPTL)
• DCEThreads
• الاستنساخ (استدعاء نظام لينكس)
• استيقاظ زائف
• التخزين المحلي للخيط
• خيوط GNU المحمولة
• جراند سنترال ديسباتش (مكتبة سلاسل الرسائل الخاصة بشركة أبل)
• سلاسل الحالة ، وهي منهجية تعتمد على الأحداث في إدارة السلاسل

• ديفيد ر. بوتنهوف (1997). البرمجة باستخدام خيوط POSIX . أديسون-ويسلي. ISBN 978-0-201-63392-4.
• برادفورد نيكولز؛ ديك باتلار؛ جاكلين برولكس فاريل (سبتمبر 1996). برمجة Pthreads . دار نشر أورايلي وشركاؤه. رقم ISBN 978-1-56592-115-3.
• تشارلز ج. نورثروب (25 يناير 1996). البرمجة باستخدام خيوط يونكس . جون وايلي وأولاده. رقم ISBN 978-0-471-13751-1.
• كاي أ. روبنز وستيفن روبنز (2003). برمجة أنظمة يونكس . برنتيس هول. ISBN 978-0-13-042411-2.

• المواصفات الأساسية لمجموعة Open Group، الإصدار 7، معيار IEEE 1003.1