Multithreading

 

Unter Multithreading versteht man die quasi parallele Abarbeitung mehrerer Abläufe in einem Programm. Einer von diesen Abläufen wird Thread (engl. Faden) genannt. Beim Multithreading wird in schnellen Abständen zwischen den verschiedenen Threads gewechselt, so daß beim Anwender der Eindruck von Gleichzeitigkeit entsteht.

 

Die C-Control Pro Firmware unterstützt außer dem Hauptprogramm (Thread "0") bis zu 13 zusätzliche Threads. Beim Multithreading wird nach einer bestimmten Anzahl von verarbeiteten Byte Instruktionen der aktuelle Thread auf den Status "inaktiv" gesetzt  und der nächste ausführbare Thread wird gesucht. Danach startet die Abarbeitung des neuen Threads. Der neue Thread kann wieder derselbe wie vorher sein, je nachdem wie viele Threads aktiviert wurden oder für eine Ausführung bereit sind. Das Hauptprogramm gilt als erster Thread. Daher ist Thread "0" immer aktiv, auch wenn explizit keine Threads gestartet worden sind.

 

Die Priorität eines Threads kann beeinflußt werden, in dem man ändert, wie viele Bytecodes ein Thread bis zum nächsten Threadwechsel ausführen darf (siehe Threadoptionen). Je kleiner die Anzahl der Zyklen bis zum Wechsel, desto geringer die Priorität des Threads. Die Ausführungszeit eines Bytecodes ist im Mittel 7-9 µsec. Bei einzelnen Bytecode Befehlen dauert es jedoch länger, z.B. Floatingpoint Operationen.

 

Auch interne Interpreterfunktionen gelten als ein Zyklus. Da z.B. Serial_Read wartet, bis ein Zeichen von der seriellen Schnittstelle ankommt, kann in Ausnahmefällen ein Zyklus sehr lange dauern.

 

Ein Thread bekommt für seine lokalen Variablen soviel Platz wie ihm in den Threadoptionen des Projekts zugewiesen wird. Eine Ausnahme ist Thread "0" (das Hauptprogramm). Dieser Thread erhält den restlichen Speicherplatz, den die anderen Threads übrig lassen. Man sollte daher vorher planen, wie viel Speicherplatz jeder zusätzliche Thread wirklich benötigt.

 

 

Damit zusätzliche Threads gestartet werden können muß "Multithreading" in den Projektoptionen eingeschaltet werden, und die Parameter für die weiteren Threads in den

Threadoptionen auf korrekte Wert gesetzt werden.

 

Beim arbeiten mit Threads immer Thread_Delay und nicht AbsDelay benutzen. Wird trotzdem z.B. ein AbsDelay(1000) benutzt, so tritt folgender Effekt auf: Da der Thread erst nach 5000 Zyklen (Default Wert) zum nächsten Thread wechselt, würde der Thread 5000 * 1000ms (5000 Sek.) laufen, bis der nächste Thread anfangen könnte zu arbeiten.

 

 

Thread Synchronisation

 

Manchmal ist es nötig, daß ein Thread auf den anderen wartet. Dies kann z.B., eine gemeinsame Hardwareresource sein, die nur ein Thread bearbeiten kann. Oder manchmal definiert man kritische Programmbereiche, die nur ein Thread betreten darf. Diese Funktionen werden durch die Anweisungen Thread_Wait und Thread_Signal realisiert.

 

Ein Thread, der warten soll, führt die Anweisung Thread_Wait mit einer Signal Nummer aus. Der Zustand des Threads wird auf wartend gesetzt. Dies bedeutet, daß dieser Thread bei einem möglichen Threadwechsel übergangen wird. Hat der andere Thread seine kritische Arbeit beendet, gibt er den Befehl Thread_Signal mit der gleichen Signalnummer, die der andere Thread für Thread_Wait benutzt hat. Der Threadzustand des wartenden Threads wechselt dann von wartend zu inaktiv. Jetzt wird er bei einem möglichen Threadwechsel wieder berücksichtigt.

 

 

Deadlocks

 

Begeben sich alle aktiven Threads in einen Wartezustand mit Thread_Wait, so gibt es keinen Thread mehr, der die anderen Threads aus dem wartenden Zustand befreien könnte. Diese Konstellationen sind bei der Programmierung zu vermeiden.

 

 

Tabelle Threadzustände: