Un thread (abbreviazione di thread of execution, in italiano filo dell’esecuzione) è l’unità granulare in cui un processo può essere suddiviso e che può essere eseguito a divisione di tempo (cioè assegnando a ognuno una determinata porzione di tempo in cui poter essere eseguito) o in parallelo ad altri thread da parte del processore. In altre parole, un thread è una parte del processo che viene eseguita, in maniera concorrente ed indipendente, internamente allo stato generale del processo stesso.
1 - Differenza tra processo e thread
I termini processo e thread, nonostante a volte vengano usati in maniera interscambiabile, in realtà indicano due cose distinte:
- Un processo è un’istanza di un programma in esecuzione, con risorse e uno spazio di memoria proprio. Ogni processo è indipendente dagli altri e dispone di un proprio spazio di indirizzamento nella memoria, il che significa che i dati di un processo non sono condivisibili direttamente con quelli di un altro processo (salvo meccanismi appositi, come la memoria condivisa o la comunicazione inter-processo).
- Un thread è un’unità di esecuzione all’interno di un processo. Tutti i thread di un processo condividono lo stesso spazio di memoria e le stesse risorse del processo che li contiene. Un singolo processo può avere uno o più thread (concetto di multithreading).
Il termine inglese thread rende bene l’idea, in quanto si rifà visivamente al concetto di fune metallica composta da vari fili attorcigliati: se la fune è il processo in esecuzione, allora i singoli fili che la compongono sono i thread.
1.1 - Esempio pratico
Ecco un esempio pratico della differenza tra processo e thread.
Immagina di avviare un’applicazione come, per esempio, un editor di testo. Quando l’applicazione viene avviata, il sistema operativo crea un processo con il suo spazio di memoria. Se apri una seconda istanza dell’editor, viene creato un nuovo processo.
All’interno dell’editor di testo, ci possono essere più thread: uno che gestisce la visualizzazione del testo, un altro che gestisce il salvataggio automatico, e un altro che risponde ai comandi dell’utente. Tutti questi thread lavorano contemporaneamente e condividono lo stesso spazio di memoria, consentendo un’esecuzione fluida e parallela delle operazioni.
1.2 - Tabella riassuntiva delle differenze
Ecco una tabella riassuntiva delle differenze tra processo e thread:
| Caratteristica | Processo | Thread |
|---|---|---|
| Spazio di memoria | Ha uno spazio di memoria separato | Condivide lo spazio di memoria con altri thread del processo |
| Isolamento | Isolato da altri processi | Condivide le risorse con altri thread nel processo |
| Comunicazione | Comunicazione tra processi complessa | Comunicazione interna semplice (tramite memoria condivisa) |
| Esecuzione | Un processo può avere uno o più thread, eseguiti separatamente | Ogni thread è un’unità di esecuzione all’interno di un processo |
| Crashing | Se un processo va in crash, non influenza altri processi | Se un thread va in crash, può compromettere l’intero processo |
| Cambi di contesto | Richiede un cambio di contesto completo (salvataggio di registri, memoria, ecc.) | Il cambio di contesto tra thread è più rapido poiché condividono memoria e risorse |
2 - Vantaggi e svantaggi dei thread
I principali vantaggi dei thread sono:
- Parallelismo: i thread permettono di eseguire compiti contemporaneamente, sfruttando al meglio i processori multicore, il che riduce i tempi di elaborazione per compiti intensivi.
- Reattività: nei programmi con interfaccia utente, i thread aiutano a mantenere il programma reattivo, separando i compiti di elaborazione in background dalle operazioni principali (come la gestione dell’interfaccia grafica).
- Efficienza nella gestione della memoria: i thread condividono la memoria e le risorse del processo principale, il che riduce la duplicazione e l’uso della memoria rispetto ai processi separati.
- Minore overhead: i thread richiedono meno risorse per essere creati rispetto ai processi, poiché condividono risorse e spazio di indirizzamento del processo che li ha generati.
- Comunicazione più semplice: condividendo la memoria, i thread possono comunicare tra loro più facilmente, evitando le complessità dei canali di comunicazione tra processi separati.
I principali svantaggi dei thread sono:
- Complessità nella programmazione: la programmazione multithreading può essere complessa, specialmente per la gestione della sincronizzazione tra thread, aumentando il rischio di errori come race conditions e deadlock.
- Sincronizzazione dei dati: poiché i thread condividono la memoria, devono sincronizzare l’accesso ai dati condivisi per evitare conflitti e incoerenze, il che può risultare difficile da gestire.
- Debug difficile: identificare e risolvere i problemi nei programmi multithreading può essere complesso, soprattutto quando si tratta di bug non deterministici che si verificano solo in determinate condizioni.
- Scalabilità limitata: anche se i thread migliorano le prestazioni su CPU multicore, non tutti i problemi possono essere parallelizzati, e oltre un certo limite i benefici si riducono.
- Rischio di deadlock e starvation: se i thread non sono ben gestiti, possono bloccarsi in uno stato di attesa reciproca (deadlock) o essere “affamati” di risorse, restando bloccati e incapaci di completare il loro compito (starvation).
Fonti
- Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne - Sistemi Operativi (10ᵃ Edizione) - Pearson, 2019 - ISBN:
9788891904560. - 🏫 Lezioni e slide del Prof. Aldinucci Marco del corso di Sistemi Operativi (canale B), Corso di Laurea in Informatica presso l’Università di Torino, A.A. 2024-25: