يقدم لك محرر Downcodes برنامجًا تعليميًا مفصلاً حول كيفية استخدام مكتبة POSIX pthread لتنفيذ برمجة متعددة الخيوط على أنظمة Windows. مكتبة pthread هي معيار برمجة متعدد الخيوط على الأنظمة المشابهة لـ UNIX، ولكن من خلال مكتبة pthreads-win32، يمكننا أيضًا استخدام واجهة pthread لكتابة برامج متعددة الخيوط على Windows. ستشرح هذه المقالة خطوة بخطوة التثبيت وتكوين البيئة وكتابة التعليمات البرمجية والتطبيقات المتقدمة لمكتبة pthreads-win32، بالإضافة إلى إجابات للأسئلة المتداولة لمساعدتك على البدء بسرعة.
كيفية تنفيذ تعليمات برمجية متعددة الخيوط باستخدام POSIX's pthread على نظام التشغيل Windows؟ يتطلب استخدام POSIX pthread لتنفيذ تعليمات برمجية متعددة الخيوط على أنظمة تشغيل Windows أولاً طبقة توافق، لأن pthread مصمم للأنظمة المشابهة لـ UNIX (مثل Linux)، بدلاً من دعم أنظمة Windows أصلاً. يمكنك القيام بذلك عن طريق تثبيت مكتبة تسمى pthreads-win32، وهي تطبيق مفتوح المصدر لمعيار POSIX Threads (pthreads) الذي يسمح لمبرمجي Windows بكتابة تطبيقات متعددة الخيوط باستخدام واجهة pthread القياسية. سنناقش بالتفصيل كيفية تثبيت هذه المكتبة واستخدامها على نظام التشغيل Windows وكيفية الاستفادة منها لكتابة تعليمات برمجية متعددة الخيوط متوافقة مع POSIX.
يوفر pthreads-win32 مكتبة للتنفيذ القياسي لمؤشر ترابط POSIX لنظام التشغيل Windows. تنفذ هذه المكتبة معظم وظائف pthread، مما يسمح للمطورين بكتابة تعليمات برمجية متعددة الخيوط تشبه Unix في بيئة Windows. فهو يجعل نقل التعليمات البرمجية أمرًا بسيطًا نسبيًا من خلال محاكاة سلوك الترابط لأنظمة Unix.
قبل أن تبدأ في كتابة برامج متعددة الخيوط، عليك التأكد من تثبيت مكتبة pthreads-win32 في بيئة التطوير الخاصة بك. يمكنك تنزيل ملفات dll وlib المترجمة من مستودع GitHub الرسمي للمشروع أو من منافذ التوزيع الأخرى، ويمكنك أيضًا اختيار تجميع الكود المصدري بنفسك.
يتطلب تثبيت pthreads-win32 عادةً الخطوات التالية:
قم بتنزيل الإصدار المترجم مسبقًا pthreads-win32 أو الكود المصدري. إذا قمت بتنزيل الكود المصدري، فقم بتجميعه بنفسك وفقًا للتعليمات المقدمة من المشروع. ضع ملف dll المترجم في نفس الدليل مثل الملف القابل للتنفيذ لبرنامجك أو في دليل النظام. قم بإضافة ملفات lib ذات الصلة إلى إعدادات برنامج التحويل البرمجي الخاص بك لاستخدامها عند الارتباط.بعد تثبيت pthreads-win32، ستحتاج إلى تكوين بيئة التطوير وفقًا لذلك. إذا كنت تستخدم Visual Studio، فيجب عليك تكوين المسار بما في ذلك دليل ملف الرأس ودليل ملف المكتبة في خصائص المشروع.
يمكن أن تكون الخطوات المحددة كما يلي:
ابحث عن الإدخال "C/C++" في خصائص المشروع. أضف دليل التضمين الذي تم تنزيله لـ pthreads-win32 إلى "دلائل التضمين الإضافية". ابحث عن إعدادات "Linker" وأضف ملف مكتبة pthreads (عادةً pthreadVC2.lib) إلى "التبعيات الإضافية". تأكد من إمكانية الوصول إلى ملف dll (pthreadVC2.dll) أثناء تشغيل البرنامج، ويمكنك وضعه في دليل التنفيذ الخاص بالبرنامج أو في مسار النظام.بعد الانتهاء من تثبيت المكتبة وتهيئة البيئة، يمكنك البدء في كتابة تعليمات برمجية متعددة الخيوط باستخدام pthread. عند الترميز، يمكنك اتباع معايير برمجة خيط POSIX، مثل إنشاء الخيط ومزامنة الخيط وبيانات الخيط الخاصة وما إلى ذلك.
في معيار POSIX، يتم استخدام وظيفة pthread_create لإنشاء سلاسل الرسائل. يتطلب استخدام هذه الوظيفة تحديد خصائص مؤشر الترابط ووظيفة مؤشر الترابط والمعلمات التي تم تمريرها إلى وظيفة مؤشر الترابط.
خيط pthread_t؛
int result = pthread_create(&thread, NULL, thread_function, &thread_data);
يمكن تحقيق مزامنة الخيط من خلال آليات مثل كائنات المزامنة ومتغيرات الحالة.
// تهيئة قفل Mutex
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
// القفل قبل تشغيل الموارد المشتركة
pthread_mutex_lock(&mutex);
// [عملية الموارد المشتركة]
//فتح
pthread_mutex_unlock(&mutex);
بالإضافة إلى الإنشاء والمزامنة، تعد إدارة الخيوط جزءًا مهمًا من البرمجة متعددة الخيوط.
استخدم pthread_join للانتظار حتى ينتهي موضوع معين والحصول على القيمة المرجعة للخيط.
حالة باطلة *؛
pthread_join(thread, &status);
اسمح للخيط بتحرير الموارد المشغولة عند انتهائه. استخدم pthread_detach لوضع الخيط في حالة منفصلة.
pthread_detach(thread);
بالنسبة لعمليات الخيط الأكثر تعقيدًا، بما في ذلك إدارة سمات الخيط وإعداد أولوية الخيط وما إلى ذلك، توفر مكتبة سلاسل POSIX بعض العمليات المتقدمة.
قم بتعيين سمات مؤشر الترابط، مثل حجم المكدس، من خلال بنية بيانات pthread_attr_t.
pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setstacksize(&attr, THREAD_STACK_SIZE);
pthread_create(&thread, &attr, thread_function, NULL);
pthread_attr_destroy(&attr);
توفر سلاسل POSIX التحكم في أولوية الخيط والجدولة.
// تعيين استراتيجية أولوية الموضوع والمعلمات ذات الصلة
إن تنفيذ التعليمات البرمجية متعددة الخيوط المكتوبة باستخدام مكتبة pthreads-win32 يشبه إلى حد كبير التعليمات البرمجية المكتوبة ضمن أنظمة Unix، مما يسهل نقل التعليمات البرمجية والحفاظ عليها على منصات أنظمة تشغيل مختلفة.
يعد تصحيح أخطاء البرامج متعددة الخيوط وتحسينها أمرًا أساسيًا لضمان تشغيلها وأدائها المستقر.
يعد تنفيذ البرمجة متعددة الخيوط على نظام التشغيل Windows باستخدام مكتبة pthreads-win32 مهارة تستحق إتقانها. على الرغم من أن Windows يوفر دعمًا أصليًا متعدد مؤشرات الترابط، مثل Win32 API ومكتبة مؤشرات الترابط القياسية C++ 11، إلا أن pthread يوفر للمطورين خيار برمجة عبر الأنظمة الأساسية. بهذه الطريقة، يمكنك بسهولة ترحيل تجربتك على الأنظمة المشابهة لـ Unix إلى نظام التشغيل Windows، مما يساعد على تحسين قابلية النقل وقابلية صيانة التعليمات البرمجية لمشاريع البرامج. باتباع الخطوات المذكورة أعلاه وأفضل الممارسات، يمكنك تنفيذ البرامج متعددة الخيوط المستندة إلى pthread بنجاح على نظام التشغيل Windows.
س: كيفية استخدام مكتبة POSIX pthread لتنفيذ تعليمات برمجية متعددة الخيوط على نظام التشغيل Windows؟
ج: يمكن إكمال استخدام مكتبة POSIX pthread لتنفيذ تعليمات برمجية متعددة الخيوط على Windows باتباع الخطوات التالية:
أولاً، تأكد من تثبيت مكتبة POSIX pthread على نظامك. يمكن تنزيل المكتبة وتثبيتها من الموقع الإلكتروني ذي الصلة. قم بإنشاء مشروع C/C++ جديد وقم بتضمين ملف الرأس pthread.h. يمكن القيام بذلك عن طريق إضافة توجيه #include إلى التعليمات البرمجية الخاصة بك. تحديد مواضيع متعددة في التعليمات البرمجية الخاصة بك. يمكنك استخدام وظيفة pthread_create لإنشاء مؤشر ترابط جديد وتحديد الوظيفة التي سيتم تنفيذها بواسطة مؤشر الترابط. على سبيل المثال، يمكنك إنشاء موضوع مثل هذا: pthread_create(&thread_id, NULL, my_thread_function, NULL). من بينها، thread_id هو متغير يستخدم لتخزين معرف الموضوع الجديد، وmy_thread_function هي وظيفة تحددها أنت. كتابة وظائف الموضوع. في الخطوة السابقة، أنشأنا موضوعًا جديدًا وحددنا الوظيفة التي نريد تنفيذها. الآن، نحن بحاجة إلى كتابة تنفيذ هذه الوظيفة. يمكنك كتابة المهام المحددة التي تحتاج إلى تنفيذها في هذه الوظيفة. اتصل بوظيفة pthread_join في الكود لانتظار انتهاء الموضوع. يمكنك استخدام وظيفة pthread_join لانتظار نهاية موضوع معين في الموضوع الرئيسي. وهذا يضمن استمرار تنفيذ الخيط الرئيسي فقط بعد اكتمال جميع سلاسل الرسائل. وأخيرًا، قم بتجميع التعليمات البرمجية الخاصة بك وتشغيلها. أثناء التجميع، تأكد من ربط مكتبة pthread بحيث يتم استخدام الوظائف والأنواع الموجودة في المكتبة بشكل صحيح.س: ما هي فوائد استخدام مكتبة POSIX pthread على نظام التشغيل Windows؟
ج: إن استخدام مكتبة POSIX pthread على نظام التشغيل Windows له الفوائد التالية:
منصة مشتركة: يتم استخدام مكتبة POSIX pthread على نطاق واسع وتوفر طريقة عبر الأنظمة الأساسية لتنفيذ سلاسل العمليات المتعددة. هذا يعني أنه يمكنك استخدام نفس الكود لتشغيل تطبيقك متعدد الخيوط على أنظمة تشغيل مختلفة. قابلية النقل: توفر مكتبة POSIX pthread مجموعة قياسية من واجهات برمجة التطبيقات متعددة الخيوط التي تم تنفيذها واختبارها على نطاق واسع على منصات متعددة. هذا يعني أنه يمكنك استخدام هذه المكتبة لكتابة تعليمات برمجية محمولة متعددة الخيوط دون الحاجة إلى القلق بشأن الاختلافات الخاصة بالنظام الأساسي ومشكلات التوافق. استقرار عالي: مكتبة POSIX pthread موجودة منذ عدة سنوات، وقد تم اختبارها والتحقق منها على نطاق واسع في القتال الفعلي، وتعتبر حلاً مستقرًا للغاية ومتعدد الخيوط. وظائف غنية: توفر مكتبة POSIX pthread وظائف غنية، مثل إنشاء الخيوط والمزامنة والاستبعاد المتبادل ومتغيرات الحالة. تمكن هذه الميزات المطورين من كتابة تطبيقات معقدة متعددة الخيوط بسهولة.س: هل هناك أي حلول أخرى متعددة الخيوط تحل محل مكتبة POSIX pthread؟
ج: نعم، هناك حلول أخرى متعددة الخيوط متاحة إلى جانب مكتبة POSIX pthread. فيما يلي بعض البدائل الشائعة:
Windows API: يوفر نظام التشغيل Windows واجهة برمجة التطبيقات متعددة الخيوط الخاصة به، بما في ذلك وظائف مثل CreateThread وWAItForSingleObject. تتكامل واجهات برمجة التطبيقات هذه بشكل وثيق مع نظام التشغيل Windows، لذا قد يكون من الأسهل استخدامها عند كتابة تعليمات برمجية متعددة الخيوط على Windows. مكتبة C++ 11 القياسية: يقدم C++ 11 مجموعة جديدة من المكتبات القياسية متعددة الخيوط، بما في ذلك فئات مثل std::thread وstd::mutex. يمكن أن يؤدي استخدام مكتبة C++ 11 متعددة الخيوط إلى جعل التعليمات البرمجية أكثر إيجازًا وقابلية للقراءة، مع توفير ميزات متقدمة أيضًا مثل العمليات الذرية والتخزين المحلي لمؤشر الترابط. OpenMP: OpenMP هو نموذج برمجة متوازي لأنظمة الذاكرة المشتركة التي تستخدم مترجم التعليمات ومتغيرات البيئة للتحكم في الحوسبة المتوازية. يعد OpenMP مناسبًا للحوسبة المتوازية في الحلقات، وقد يكون أكثر ملاءمة للبرامج التي تتطلب تحسينًا عاليًا. يعتمد اختيار الحل المناسب متعدد الخيوط على احتياجاتك المحددة، بما في ذلك النظام الأساسي المستهدف ومتطلبات الأداء وخبرة التطوير. وأيًا كان الحل الذي يتم اختياره، يجب تقييم خصائصه ومدى ملاءمته بعناية واتخاذ القرارات بناءً على الوضع الفعلي.آمل أن يساعدك هذا البرنامج التعليمي في استخدام مكتبة pthreads-win32 بنجاح للبرمجة متعددة الخيوط على أنظمة Windows! إذا كان لديك أي أسئلة، يرجى ترك رسالة في منطقة التعليق.