Если Вы программируете под Windows с помощью API, без этой книги Вам необойтись. Исчерпывающее руководство по API. Не бойтесь цифры "95" - базовые основы с тех пор не изменились.

Данная статья предназначена для начинающих программистов, которые никогда не работали с потоками, и хотели бы узнать основы работы с ними. Желательно, чтоб читатель знал основы ООП и имел какой-нибудь опыт работы в Delphi.

Для начала давайте определимся, что под словом "поток" я подразумеваю именно Thread, который еще имеет название "нить". Нередко встречал на форумах мнения, что потоки не нужны вообще, любую программу можно написать так, что она будет замечательно работать и без них. Конечно, если не делать ничего серьёзней "Hello World" это так и есть, но если постепенно набирать опыт, рано или поздно любой начинающий программист упрётся в возможности "плоского" кода, возникнет необходимость распараллелить задачи. А некоторые задачи вообще нельзя реализовать без использования потоков, например работа с сокетами, COM-портом, длительное ожидание каких-либо событий, и т.д.

Всем известно, что Windows система многозадачная. Попросту говоря, это означает, что несколько программ могут работать одновременно под управлением ОС. Все мы открывали диспетчер задач и видели список процессов. Процесс - это экземпляр выполняемого приложения. На самом деле сам по себе он ничего не выполняет, он создаётся при запуске приложения, содержит в себе служебную информацию, через которую система с ним работает, так же ему выделяется необходимая память под код и данные. Для того, чтобы программа заработала, в нём создаётся поток. Любой процесс содержит в себе хотя бы один поток, и именно он отвечает за выполнение кода и получает на это процессорное время. Этим и достигается мнимая параллельность работы программ, или, как её еще называют, псевдопараллельность. Почему мнимая? Да потому, что реально процессор в каждый момент времени может выполнять только один участок кода. Windows раздаёт процессорное время всем потокам в системе по очереди, тем самым создаётся впечатление, что они работают одновременно. Реально работающие параллельно потоки могут быть только на машинах с двумя и более процессорами.

Для создания дополнительных потоков в Delphi существует базовый класс TThread, от него мы и будем наследоваться при реализации своих потоков. Для того, чтобы создать "скелет" нового класса, можно выбрать в меню File - New - Thread Object, Delphi создаст новый модуль с заготовкой этого класса. Я же для наглядности опишу его в модуле формы. Как видите, в этой заготовке добавлен один метод - Execute. Именно его нам и нужно переопределить, код внутри него и будет работать в отдельном потоке. И так, попробуем написать пример - запустим в потоке бесконечный цикл:

Код

TNewThread = class(TThread)
private
{ Private declarations }
protected
procedure Execute; override;
end;


var
Form1: TForm1;

implementation

{$R *.dfm}

{ TNewThread }

procedure TNewThread.Execute;
begin
while true do {ничего не делаем};
end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
NewThread: TNewThread;
begin
NewThread:=TNewThread.Create(true);
NewThread.FreeOnTerminate:=true;
NewThread.Priority:=tpLower;
NewThread.Resume;
end;

Запустите пример на выполнение и нажмите кнопку. Вроде ничего не происходит - форма не зависла, реагирует на перемещения. На самом деле это не так - откройте диспетчер задач и вы увидите, что процессор загружен по-полной. Сейчас в процессе вашего приложения работает два потока - один был создан изначально, при запуске приложения. Второй, который так грузит процессор - мы создали по нажатию кнопки. Итак, давайте разберём, что же означает код в Button1Click:

Код

NewThread:=TNewThread.Create(true);

тут мы создали экземпляр класса TNewThread. Конструктор Create имеет всего один параметр - CreateSuspended типа boolean, который указывает, запустить новый поток сразу после создания (если false), или дождаться команды (если true).

Код

New.FreeOnTerminate := true;

свойство FreeOnTerminate определяет, что поток после выполнения автоматически завершится, объект будет уничтожен, и нам не придётся его уничтожать вручную. В нашем примере это не имеет значения, так как сам по себе он никогда не завершится, но понадобится в следующих примерах.

Код

NewThread.Priority:=tpLower;

Свойство Priority, если вы еще не догадались из названия, устанавливает приоритет потока. Да да, каждый поток в системе имеет свой приоритет. Если процессорного времени не хватает, система начинает распределять его согласно приоритетам потоков. Свойство Priority может принимать следующие значения:

tpTimeCritical - критический

tpHighest - очень высокий

tpHigher - высокий

tpNormal - средний

tpLower - низкий

tpLowest - очень низкий

tpIdle - поток работает во время простоя системы

Ставить высокие приоритеты потокам не стоит, если этого не требует задача, так как это сильно нагружает систему.

Код

NewThread.Resume;

Ну и собственно, запуск потока.

Думаю, теперь вам понятно, как создаются потоки. Заметьте, ничего сложного. Но не всё так просто. Казалось бы - пишем любой код внутри метода Execute и всё, а нет, потоки имеют одно неприятное свойство - они ничего не знают друг о друге. И что такого? - спросите вы. А вот что: допустим, вы пытаетесь из другого потока изменить свойство какого-нибудь компонента на форме. Как известно, VCL однопоточна, весь код внутри приложения выполняется последовательно. Допустим, в процессе работы изменились какие-то данные внутри классов VCL, система отбирает время у основного потока, передаёт по кругу остальным потокам и возвращает обратно, при этом выполнение кода продолжается с того места, где приостановилось. Если мы из своего потока что-то меняем, к примеру, на форме, задействуется много механизмов внутри VCL (напомню, выполнение основного потока пока "приостановлено"), соответственно за это время успеют измениться какие-либо данные. И тут вдруг время снова отдаётся основному потоку, он спокойно продолжает своё выполнение, но данные уже изменены! К чему это может привести - предугадать нельзя. Вы можете проверить это тысячу раз, и ничего не произойдёт, а на тысяча первый программа рухнет. И это относится не только к взаимодействию дополнительных потоков с главным, но и к взаимодействию потоков между собой. Писать такие ненадёжные программы конечно нельзя.
Синхронизации потоков
Если вы создали шаблон класса автоматически, то, наверное, заметили комментарий, который дружелюбная Delphi поместила в новый модуль. Он гласит: "Methods and properties of objects in visual components can only be used in a method called using Synchronize". Это значит, что обращение к визуальным компонентам возможно только путём вызова процедуры Synchronize. Давайте рассмотрим пример, но теперь наш поток не будет разогревать процессор впустую, а будет делать что-нибудь полезное, к примеру, прокручивать ProgressBar на форме. В качестве параметра в процедуру Synchronize передаётся метод нашего потока, но сам он передаётся без параметров. Параметры можно передать, добавив поля нужного типа в описание нашего класса. У нас будет одно поле - тот самый прогресс:

Код

TNewThread = class(TThread)
private
Progress: integer;
procedure SetProgress;
protected
procedure Execute; override;
end;
...

procedure TNewThread.Execute;
var
i: integer;
begin
for i:=0 to 100 do
begin
sleep(50);
Progress:=i;
Synchronize(SetProgress);
end;
end;

procedure TNewThread.SetProgress;
begin
Form1.ProgressBar1.Position:=Progress;
end;

Вот теперь ProgressBar двигается, и это вполне безопасно. А безопасно вот почему: процедура Synchronize на время приостанавливает выполнение нашего потока, и передаёт управление главному потоку, т.е. SetProgress выполняется в главном потоке. Это нужно запомнить, потому что некоторые допускают ошибки, выполняя внутри Synchronize длительную работу, при этом, что очевидно, форма зависает на длительное время. Поэтому используйте Synchronize для вывода информации - то самое двигание прогресса, обновления заголовков компонентов и т.д.

Вы наверное заметили, что внутри цикла мы используем процедуру Sleep. В однопоточном приложении Sleep используется редко, а вот в потоках его использовать очень удобно. Пример - бесконечный цикл, пока не выполнится какое-нибудь условие. Если не вставить туда Sleep мы будем просто нагружать систему бесполезной работой.

Надеюсь, вы поняли как работает Synchronize. Но есть еще один довольно удобный способ передать информацию форме - посылка сообщения. Давайте рассмотрим и его. Для этого объявим константу:

Код

const
PROGRESS_POS = WM_USER+1;

В объявление класса формы добавим новый метод, а затем и его реализацию:

Код

TForm1 = class(TForm)
Button1: TButton;
ProgressBar1: TProgressBar;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
private
procedure SetProgressPos(var Msg: TMessage); message PROGRESS_POS;
public
{ Public declarations }
end;
...

procedure TForm1.SetProgressPos(var Msg: TMessage);
begin
ProgressBar1.Position:=Msg.LParam;
end;

Теперь мы немного изменим, можно сказать даже упростим, реализацию метода Execute нашего потока:

procedure TNewThread.Execute;
var
i: integer;
begin
for i:=0 to 100 do
begin
sleep(50);
SendMessage(Form1.Handle,PROGRESS_POS,0,i);
end;
end;

Используя функцию SendMessage, мы посылаем окну приложения сообщение, один из параметров которого содержит нужный нам прогресс. Сообщение становится в очередь, и согласно этой очереди будет обработано главным потоком, где и выполнится метод SetProgressPos. Но тут есть один нюанс: SendMessage, как и в случае с Synchronize, приостановит выполнение нашего потока, пока основной поток не обработает сообщение. Если использовать PostMessage этого не произойдёт, наш поток отправит сообщение и продолжит свою работу, а уж когда оно там обработается - неважно. Какую из этих функций использовать - решать вам, всё зависит от задачи.

Вот, в принципе, мы и рассмотрели основные способы работы с компонентами VCL из потоков. А как быть, если в нашей программе не один новый поток, а несколько? И нужно организовать работу с одними и теми же данными? Тут нам на помощь приходят другие способы синхронизации. Один из них мы и рассмотрим. Для его реализации нужно добавить в проект модуль SyncObjs.
Критические секции
Работают они следующим образом: внутри критической секции может работать только один поток, другие ждут его завершения. Чтобы лучше понять, везде приводят сравнение с узкой трубой: представьте, с одной стороны "толпятся" потоки, но в трубу может "пролезть" только один, а когда он "пролезет" - начнёт движение второй, и так по порядку. Еще проще понять это на примере и тем же ProgressBar'ом. Итак, запустите один из примеров, приведённых ранее. Нажмите на кнопку, подождите несколько секунд, а затем нажмите еще раз. Что происходит? ProgressBar начал прыгать. Прыгает потому, что у нас работает не один поток, а два, и каждый из них передаёт разные значения прогресса. Теперь немного переделаем код, в событии onCreate формы создадим критическую секцию:

Код

var
Form1: TForm1;
CriticalSection: TCriticalSection;

...

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
CriticalSection:=TCriticalSection.Create;
end;

У TCriticalSection есть два нужных нам метода, Enter и Leave, соответственно вход и выход из неё. Поместим наш код в критическую секцию:

Код

procedure TNewThread.Execute;
var
i: integer;
begin
CriticalSection.Enter;
for i:=0 to 100 do
begin
sleep(50);
SendMessage(Form1.Handle,PROGRESS_POS,0,i);
end;
CriticalSection.Leave;
end;

Попробуйте запустить приложение и нажать несколько раз на кнопку, а потом посчитайте, сколько раз пройдёт прогресс. Понятно, в чем суть? Первый раз, нажимая на кнопку, мы создаём поток, он занимает критическую секцию и начинает работу. Нажимаем второй - создаётся второй поток, но критическая секция занята, и он ждёт, пока её не освободит первый. Третий, четвёртый - все пройдут только по-очереди.

Критические секции удобно использовать при обработке одних и тех же данных (списков, массивов) разными потоками. Поняв, как они работают, вы всегда найдёте им применение.

В этой небольшой статье рассмотрены не все способы синхронизации, есть еще события (TEvent), а так же объекты системы, такие как мьютексы (Mutex), семафоры (Semaphore), но они больше подходят для взаимодействия между приложениями. Остальное, что касается использования класса TThread, вы можете узнать самостоятельно, в help'е всё довольно подробно описано. Цель этой статьи - показать начинающим, что не всё так сложно и страшно, главное разобраться, что есть что. И побольше практики - самое главное опыт!

Каждый системный администратор знает, насколько важно регулярно проводить резервное копирование компьютерных систем и данных, а также иметь возможность восстанавливать любую или все из них в случае сбоя системы, аппаратной ошибки, стихийного бедствия или при потере данных в иной ситуации

---

В течение долгого времени ежедневное резервное копирование, как правило, предусматривало запись копий файлов на магнитную ленту. Обычно это происходило ночью в рамках пакетного задания, когда нет текущей работы. Периодически, возможно, раз в неделю, делалась полная копия всех данных и систем.

В рамках методики, получившей название резервного копирования со сжатием, файлы, как правило, сокращались за счет сжатия. При другом подходе, так называемом зеркальном копировании, этап сжатия пропускался, и информация просто записывалась на другой диск, благодаря чему резервные копии файлов могли читать и использовать обычные системные инструментальные средства.

Но объем данных, используемых и хранящихся в организациях, быстро растет. Кроме того, необходимо, чтобы системы работали непрерывно в течение более длительных периодов времени (в том числе и круглосуточно).

Учитывая, что период, в течение которого можно выполнять резервное копирование (так называемое окно резервного копирования) постоянно сокращается и увеличивается срок, необходимый для его выполнения, ИТ-специалисты оказались в тупиковой ситуации. Нельзя гарантировать постоянную готовность системы, если нет актуальных резервных копий, но и прерывать работу системы, даже на короткий период для того, чтобы сделать эти копии, тоже нельзя.

С целью решения этой задачи было разработано множество стратегий. Во-первых, частичное резервное копирование. Такой подход предусматривает создание полных резервных копий через регулярные интервалы, и позволяет сэкономить время на сохранении только тех файлов, которые изменились, при условии, что копии неизменившихся файлов уже есть.

Для того чтобы определить, какие файлы были модифицированы, программы резервного копирования анализируют дату и время модификации всех файлов в системе. Если оказывается, что файл менялся после того, как была сделана полная резервная копия, он будет включен в состав следующей частичной копии. Для восстановления файлов по отдельности или всей системы в целом необходимо сначала восстановить последнюю полную резервную копию, а затем последующую частичную копию. Очевидно, что операция восстановления такого типа сложнее, чем восстановление с полной копии.

По мере увеличения числа и размера меняющихся файлов создание таких частичных копий может занять почти столько же времени, сколько и полной копии, которую значительно проще восстанавливать. Поэтому иногда делают резервные копии только тех файлов, которые были изменены после даты создания последней частичной копии.

Такая трехэтапная схема получила название инкрементального резервного копирования, и она действительно позволяет сократить объем данных, резервные копии которых необходимо сделать. Такой подход кажется разумным до тех пор, пока вам не пришлось что-нибудь восстанавливать с таких копий. Сначала необходимо восстановить последнюю полную копию (и пока все хорошо), затем — последнюю частичную копию и, наконец, каждую из последовательно сделанных инкрементальных копий, созданных после даты последнего частичного сохранения.

Рассмотрим следующий пример. Предположим, что полная копия была сделана в субботу, а сбой в системе возник в следующую пятницу, причем частичные копии в течение этого времени делались каждый вечер. После восстановления полной резервной копии необходимо восстановить в хронологическом порядке резервные копии, созданные в субботу, понедельник, вторник, среду, четверг и в пятницу.

Помимо времени, которое потребуют все эти операции, не стоит забывать и о том, сколько времени займет установка и снятие всех соответствующих лент. Автоматическое аппаратное обеспечение, в том числе и библиотеки лент, и автоматы смены дисков, в определенной степени облегчают этот процесс, но восстановление частичной копии — занятие нетривиальное, особенно если ваши системы достаточно большие и их полная резервная копия делается реже, чем раз в неделю.

Инкрементальные и частичные резервные копии можно сочетать таким образом, чтобы первая включала в себя все изменения, сделанные с момента последней полной или частичной копии. Такой подход требует еще более тщательного контроля и регистрации магнитных лент, но позволяет быстрее восстановить систему.

Еще один недостаток этих схем резервного копирования состоит в том, что они не подходят для транзакционных систем и систем, опирающихся на базы данных реального времени, в которых крайне важно делать резервную копию каждой транзакции, изменения файла и всех операций записи на диск или ввода/вывода. Пока наилучшим решением для таких систем является непрерывная защита данных (CDP). С помощью CDP, которое также называют непрерывным или зависимым от времени резервным копированием, на диск или в другое место копируется каждая версия данных, которую сохраняет пользователь. При таком подходе вы можете восстановить данные в любой заданный момент, в том числе самую последнюю перед сбоем запись на диск или операцию ввода/вывода.

У CDP по сравнению с записью на RAID, тиражированием и зеркалированием есть важная отличительная особенность. Последние защищают данные только от аппаратной ошибки за счет сохранения самой свежей копии информации. Непрерывная защита данных к тому же помогает уберечь их от искажений, поскольку в этом случае можно точно определить момент, когда данные были повреждены. Единственный вопрос — это уровень детализации. Какой именно объем данных необходимо сохранять для каждого вида приложений? Весь файл или только изменения? Все почтовые ящики или только личные сообщения электронной почты? Файлы и индексы базы данных или журналы регистрации транзакций? Большинство продуктов категории CDP сохраняют только изменившиеся байты или блоки дисковой памяти, а не весь файл. Изменился один байт из 10-гигабайтного файла, и CDP сделает резервную копию только этого байта или соответствующего блока. Традиционные частичные и инкрементальные резервные копии сохраняют только все файлы целиком. В силу этого, для CDP зачастую требуется меньше места на носителе с резервной копией.

Несколько иной подход, который не считается полным CDP, опирается на методологию мгновенных снимков, предполагая запись полных состояний системы через регулярные интервалы. Мгновенные снимки включают в себя ссылки на исходный том, которые должны оставаться неизменными.

Как правило, эти снимки создаются очень быстро и их можно использовать для восстановления или воссоздания состояний данных, имевшихся в системе в некий момент. Но мгновенные снимки — это не резервные копии, и их необходимо сохранять отдельно, если они будут применяться для восстановления дисков после сбоев или других физических повреждений.

Все стратегии резервного копирования имеют как свои достоинства (простоту, экономию времени, экономичность), так и вытекающие из них недостатки

Технология стека TCP/IP сложилась в основном в конце 1970-х годов и с тех пор основные принципы работы базовых протоколов, таких как IP, TCP, UDP и ICMP, практически не изменились. Однако, сам компьютерный мир за эти годы значительно изменился, поэтому долго назревавшие усовершенствования в технологии стека TCP/IP сейчас стали необходимостью.

---

Основными обстоятельствами, из-за которых требуется модификация базовых протоколов стека TCP/IP, являются следующие.

* Повышение производительности компьютеров и коммуникационного оборудования. За время существования стека производительность компьютеров возросла на два порядка, объемы оперативной памяти выросли более чем в 30 раз, пропускная способность магистрали Internet в Соединенных Штатах выросла в 800 раз.
* Появление новых приложений. Коммерческий бум вокруг Internet и использование ее технологий при создании intranet привели к появлению в сетях TCP/IP, ранее использовавшихся в основном в научных целях, большого количества приложений нового типа, работающих с мультимедийной информацией. Эти приложения чувствительны к задержкам передачи пакетов, так как такие задержки приводят к искажению передаваемых в реальном времени речевых сообщений и видеоизображений. Особенностью мультимедийных приложений является также передача очень больших объемов информации. Некоторые технологии вычислительных сетей, например, frame relay и ATM, уже имеют в своем арсенале механизмы для резервирования полосы пропускания для определенных приложений. Однако эти технологии еще не скоро вытеснят традиционные технологии локальных сетей, не поддерживающие мультимедийные приложения (например, Ethernet). Следовательно, необходимо компенсировать такой недостаток средствами сетевого уровня, то есть средствами протокола IP.
* Бурное расширение сети Internet. В начале 90-х годов сеть Internet расширялась очень быстро, новый узел появлялся в ней каждые 30 секунд, но 95-й год стал переломным - перспективы коммерческого использования Internet стали отчетливыми и сделали ее развитие просто бурным. Первым следствием такого развития стало почти полное истощение адресного пространства Internet, определяемого полем адреса IP в четыре байта.
* Новые стратегии администрирования. Расширение Internet связано с его проникновением в новые страны и новые отрасли промышленности. При этом в сети появляются новые органы администрирования, которые начинают использовать новые методы администрирования. Эти методы требуют появления новых средств в базовых протоколах стека TCP/IP.

Сообщество Internet уже несколько лет работает над разработкой новой спецификации для базового протокола стека - протокола IP. Выработано уже достаточно много предложений, от простых, предусматривающих только расширения адресного пространства IP, до очень сложных, приводящих к существенному увеличению стоимости реализации IP в высокопроизводительных (и так недешевых) маршрутизаторах.

Основным предложением по модернизации протокола IP является предложение, разработанное группой IETF. Сейчас принято называть ее предложение версией 6 - IPv6, а все остальные предложения группируются под названием IP Next Generation, IPng.

В предложении IETF протокол IPv6 оставляет основные принципы IPv4 неизменными. К ним относятся дейтаграммный метод работы, фрагментация пакетов, разрешение отправителю задавать максимальное число хопов для своих пакетов. Однако, в деталях реализации протокола IPv6 имеются существенные отличия от IPv4. Эти отличия коротко можно описать следующим образом.

* Использование более длинных адресов. Новый размер адреса - наиболее заметное отличие IPv6 от IPv4. Версия 6 использует 128-битные адреса.
* Гибкий формат заголовка. Вместо заголовка с фиксированными полями фиксированного размера (за исключением поля Резерв), IPv6 использует базовый заголовок фиксированного формата плюс набор необязательных заголовков различного формата.
* Поддержка резервирования пропускной способности. В IPv6 механизм резервирования пропускной способности заменяет механизм классов сервиса версии IPv4.
* Поддержка расширяемости протокола. Это одно из наиболее значительных изменений в подходе к построению протокола - от полностью детализированного описания протокола к протоколу, который разрешает поддержку дополнительных функций.

Адресация в IPv6

Адреса назначения и источника в IPv6 имеют длину 128 бит или 16 байт. Версия 6 обобщает специальные типы адресов версии 4 в следующих типах адресов:

* Unicast - индивидуальный адрес. Определяет отдельный узел - компьютер или порт маршрутизатора. Пакет должен быть доставлен узлу по кратчайшему маршруту.
* Cluster - адрес кластера. Обозначает группу узлов, которые имеют общий адресный префикс (например, присоединенных к одной физической сети). Пакет должен быть маршрутизирован группе узлов по кратчайшему пути, а затем доставлен только одному из членов группы (например, ближайшему узлу).
* Multicast - адрес набора узлов, возможно в различных физических сетях. Копии пакета должны быть доставлены каждому узлу набора, используя аппаратные возможности групповой или широковещательной доставки, если это возможно.

Как и в версии IPv4, адреса в версии IPv6 делятся на классы, в зависимости от значения нескольких старших бит адреса.

Большая часть классов зарезервирована для будущего применения. Наиболее интересным для практического использования является класс, предназначенный для провайдеров услуг Internet, названный Provider-Assigned Unicast.

Адрес этого класса имеет следующую структуру:

010
Идентификатор провайдера
Идентификатор абонента
Идентификатор подсети
Идентификатор узла

Каждому провайдеру услуг Internet назначается уникальный идентификатор, которым помечаются все поддерживаемые им сети. Далее провайдер назначает своим абонентам уникальные идентификаторы, и использует оба идентификатора при назначении блока адресов абонента. Абонент сам назначает уникальные идентификаторы своим подсетям и узлам этих сетей.

Абонент может использовать технику подсетей, применяемую в версии IPv4, для дальнейшего деления поля идентификатора подсети на более мелкие поля.

Описанная схема приближает схему адресации IPv6 к схемам, используемым в территориальных сетях, таких как телефонные сети или сети Х.25. Иерархия адресных полей позволит магистральным маршрутизаторам работать только со старшими частями адреса, оставляя обработку менее значимых полей маршрутизаторам абонентов.

Под поле идентификатора узла требуется выделения не менее 6 байт, для того чтобы можно было использовать в IP-адресах МАС-адреса локальных сетей непосредственно.

Для обеспечения совместимости со схемой адресации версии IPv4, в версии IPv6 имеется класс адресов, имеющих 0000 0000 в старших битах адреса. Младшие 4 байта адреса этого класса должны содержать адрес IPv4. Маршрутизаторы, поддерживающие обе версии адресов, должны обеспечивать трансляцию при передаче пакета из сети, поддерживающей адресацию IPv4, в сеть, поддерживающую адресацию IPv6, и наоборот.