برنامه نویسی Concurrent شبیه مدیریت یک رستوران زنجیره ای با چندین شعبه است. همانطور که مدیریت چنین رستورانی، دانش خاص خود را نیاز دارد، Concurrent Programming نیز دانش خاص خود را نیاز دارد.
در این بخش قصد دارم مفاهیم Concurrent Programming را قالب یک رستوران زنجیره ای با چندین شعبه به شما آموزش دهم.
یک رستوران زنجیرهای را در نظر بگیرید.
سیستمعامل مانند آن مدیر اجرایی در مثال «رستورانهای زنجیرهای» عمل میکند که مسئول سیاست گذاری و مدیریت شعب است. مدیر اجرایی نمیداند یک غذا باید چطور طبخ شود اما اگر هر آشپزخانه یا سرآشپز به خوبی عمل نکنند متوجه شده و استراتژی های لازم را به کار میگیرد تا عملکرد رستوران بهتر شود.
سیستم عامل نرم افزاری است که واسطه بین سختافزار و سایر نرمافزار هاست. او از جزئیات برنامه هایی که اجرا میکنیم اطلاعی ندارد اما به خوبی میداند که منابع سخت افزاری را چگونه به برنامه ها اختصاص دهد که آنها بهترین عملکرد را داشته باشند.
ویندوز، لینوکس، مکینتاش، اندروید و IOS ازجمله معروفترین سیستمعامل ها هستند.
CPU مغز کامپیوتر است. برخی از CPU ها یک و برخی چند هسته پردازنده دارند. در واقع این هستههای CPU هستند که با انجام محاسبات ریاضی امکان اجرای برنامهها را فراهم میکنند.
CPU مانند شعبههای آشپزخانه در مثال «رستورانهای زنجیرهای» است. در این مثال دیدیم که هر شعبه دو آشپزخانه دارد. هر آشپزخانه نمادی از یکی از هستههای CPU است.
هر برنامهای که اجرا میکنید، یک Process است. Process با نامهایی مانند پردازش یا پردازه نیز شناخته میشود.
در مثال «رستورانهای زنجیرهای» هر سرآشپز نمادی از یک Process است. همانطور که مدیر اجرایی برای هر آشپزخانه یک سرآشپز مشخص میکند، سیستمعامل نیز به هر هسته پردازنده از CPU یک پردازش تخصیص میدهد.
همانطور که هر گروه آشپزی ملزومات آشپزی خود را دارند، هر پردازش نیز ID، RAM و حافظه اختصاصی خود را دارد.
همانطور که هر سرآشپز مستقل از سایر سرآشپز ها کار میکند، هر پردازش نیز به صورت مستقل از سایر پردازشها کار میکند. مثلا، اگر تلگرام و گوگلکروم را همزمان اجرا کنید، این دو برنامه درک خاصی از یکدیگر ندارند و همچنین تاثیری در اجرای یکدیگر ندارند.
البته گاهی لازم است تا process ها چیز هایی را با هم به اشتراک بگذارند و پیام هایی بین خود تبادل کنند که برای این منظور نیست راه هایی در نظر گرفته شده است که من فعلا از پرداختن به آن صرف نظر میکنم.
کوچکترین بخش از یک Process که میتوان پردازش کرد را thread میگویند. همانطور که هر سرآشپز میتواند با چندین آشپز چند غذا را به صورت همزمان آماده کند، هر Process نیز میتواند چند Thread داشته باشد و برنامه را به صورت همزمان در thread های مختلف پردازش کند.
برای فهم بهتر لطفا به مثالهای زیر نیز توجه کنید.
احتمالا حداقل یک بار از نرمافزار دانلود منیجر در ویندوز استفاده کردهاید. این نرمافزار میتواند یک فایل را به چند قسمت تقسیم کرده و همه را به صورت همزمان دانلود کند.
فرض کنید میخواهید یک فایل به نام ubuntu.iso را دانلود کنید. آیا میتوان دو بار دانلود منیجر را باز کرد و نصف فایل را با اولی و نصف دیگر را با دومی دانلود کرد؟
خیر، زیرا این هر کدام از این دانلودمنیجرها یک Process جداگانه هستند و هیچکدام از آنها به دیتاهای دیگری در لحظه اجرا دست پیدا نمیکنند.
اما میتوان همان یک فایل را به چند بخش تقسیم کرد و همه بخشها را به صورت همزمان در یکی از دانلودمنیجرهایی که باز است دانلود کرد.
در این مثال هر بخش از فایل که در حال دانلود است به عنوان یک thread میتواند از وضعیت سایر بخشها مطلع باشد تا در نهایت همه thread ها بتوانند بفهمند که دانلود فایل به پایان رسیده است یا نه.
در این مثال:
پس میتوان اینگونه نتیجه گرفت:
فرض کنید همزمان با برنامهنویسی مشغول گوش دادن یک موزیک ملایم هستید تا تمرکز بهتری داشته باشید. شما برای این کار، دو برنامه (مثلا VS Code و VLC Player) را به صورت همزمان اجرا کردهاید.
اما در نگاه فنیتر این دو برنامه لزوما به صورت همزمان اجرا نمیشوند. دو پردازش ساخته میشود. یکی برای اجرای VS Code و دیگری برای اجرای VLC Player است. با توجه به اینکه هر پردازشگری در یک لحظه فقط میتواند یک دستور را پردازش کند، پردازشگر با سرعت بین process ها جابهجا شده و این باعث میشود که ما تصور کنیم این دو برنامه همزمان اجرا میشوند.
اما اگر کامپیوتر شما چندپردازنده داشته باشد این امکان وجود دارد که سیستمعامل، پردازش مربوط به هر یک را به صورت جداگانه روی یک پردازشگر انجام دهد. در این صورت واقعا برنامهها موازی اجرا میشوند. اما همه چیز به سیستمعامل بستگی دارد.
احتمال اینکه حتی در کامپیوترهای چندپردازندهای نیز اجرای دو کار مانند حالت قبل در یک پردازنده انجام شود نیز وجود دارد. زیرا به جز این دو برنامه، تسکهای دیگری نیز در حال اجرا هستند. این سیستمعامل است که تصمیم نهایی را میگیرد که کدام برنامه ها روی کدام پردازشگر اجرا شوند. شاید پردازندههای دیگر توسط پردازش های دیگر به قدری پر باشند که سیستمعامل تشخیص دهد باید این دو را روی یک پردازشگر اجرا کند.
از این مثال متوجه شدیم که:
ما با استفاده از ماژولهای Concurrent Programming میتوانیم به سیستمعامل پیشنهاد دهیم که چطور از منابع سیستم استفاده کند. (باز در نهایت تصمیم با اوست)
من همه ویدئو ها و پادکست های کُدباز رو توی یوتیوب و ساندکلود و پلتفرم هایی آپلود میکنم که اغلب فیلتر هستند.
اغلب آموزشها ویدئو و پادکست دارند. پس اگر میخواهید از محتوای سایت بیشترین استفاده رو ببرید نیاز به فیلتر شکن دارید.
توجه داشته باشید که برای خرید از فروشگاه بهتره فیلتر شکن رو خاموش کنید.
