LabVIEW 程序中的线程 1 – LabVIEW 是自动多线程语言

一. LabVIEW 是自动多线程语言

一般情况下,运行一个 VI,LabVIEW 至少会在两个线程内运行它:一个界面线程(UI Thread),用于处理界面刷新,用户对控件的操作等等;还有一个执行线程,负责 VI 除界面操作之外的其它工作。LabVIEW 是自动多线程的编程语言,只要 VI 的代码可以并行执行,LabVIEW 就会将它们分配在多个执行线程内同时运行。
图1 是一个正在运行的简单 VI,它由单独一个一直在运行的循环组成。在此情况下,这个执行循环的线程运算负担特别重,其它线程则基本空闲。在单 CPU 计算机上,这个线程将会占用几乎 100% 的 CPU 时间。图1 中的任务管理器是在一个双核 CPU 计算机上截取的。这个循环虽然在每一个时刻只能运行在一个线程上,但这并不表示他始终不变的就固定在一个线程上。他可能在这个时刻运行在这个线程上,另一时刻又被调度到其他线程上去运行了。(关于这一段,在看完本文第二章:LabVIEW 的执行系统,会有更深刻的理解。)
因此,图1 这个程序最多只能占用两个 CPU 内核 50% 的总 CPU 时间,两个 CPU 内核各被占用一些。
图1:双核 CPU 计算机执行一个计算繁重的任务
图2 是当程序有两个并行的繁重计算任务时的情况,这时 LabVIEW 会自动把两个任务分配到两个线程中去。这时即便是双核 CPU 也会被 100% 占用。

图2:双核 CPU 计算机执行两个计算繁重的任务

从上面的例子,我们可以得出如下两个结论。
1. 在 LabVIEW 上编写多线程程序非常方便,我们应该充分利用这个优势。一般情况下,编写程序时应当遵循这样的原则:可以同时运行的模块就并排摆放,千万不要用连线,顺序框等方式强制它们依次执行。在并行执行时, LabVIEW 会自动地把它们安排在在不同线程下同时运行,以提高程序的执行速度,节省程序的运行时间。今后多核计算机将成为主流配置,多线程的优势会更为明显。
特殊的情况也是有的,即用多线程时,运行速度反而慢。 以后我们再来详细介绍此类特殊情况。
2. 假如有一个或某几个线程占用了 100% 的 CPU,此时系统对其他线程就会反应迟钝。例如,程序的执行线程占用了100% 的 CPU,那么用户对界面的操作就会迟迟得不到响应,甚至于用户会误认为程序死锁了。所以在程序中要尽量避免出现 100% 占用 CPU 的情况。 目前大多数的计算机还是单核单个 CPU 的,因此要避免任何一个线程试图 100% 占用 CPU 的情况(如图1、图2 所示的程序)。
此类问题最简单的解决方法就是在循环内加一个延时。在图1、图2 的例子中,如果在每个循环内加上 100 毫秒的延时,CPU 占用率就会接近为 0。
对于总运行时间较短的循环(假如CPU 占用总时间不足 100毫秒)就没有必要再加延时了。
在很多情况下,运行时间很长的循环往往都只是为了等待某一个任务的完成,在此类循环体的内部几乎没有耗时较多的、又有意义的运算,所以必须在循环框内加延时。
对于那些确实非常耗费 CPU资源 的运算(如需要 100% 地占用 CPU 几秒钟甚至更长的时间),最好也在循环内插入少量延时,从而让 CPU 至少 空出 10% 的时间给其它线程或进程。你的程序会因此而多运行 10% 的时间。 但是由于 CPU 可以及时处理其他线程的需求,比如界面操作等,其他后台程序也不会被打断,用户反而会感觉到程序似乎运行得更加流畅。反之,假如你的程序太霸道了,CPU长期被某些运算所霸占,而别的什么都不能做,这样的程序,用户是不可能满意的。
还有这样一种情况,比如某些运算可能需要程序循环 1,000,000次,每执行一次仅需要 0.1 毫秒。此时如果在每次循环里都插入延时,即使是 1 毫秒的延时,也会令程序速度减慢 10 倍。 这当然是不能容忍的。这种情况下,就不能在每次循环都加延时了,但可以采用每一千次循环后加上 10 毫秒延时的策略。此时,程序仅减慢 10% 左右,而 CPU 也有处理其他工作的时间了。
在处理界面操作的 VI 中,常常会使用到 While 循环内套一个 Event Structure 这种结构形式。在这种情况下,就没有必要再在循环内添加延时了。因为程序在执行到 Event Structure 时,如果没有事件产生,程序不再继续执行下去,而是等待某一事件的发生。这是,运行这段代码的线程会暂时休眠,不占用任何 CPU 资源,一直等到有事件发生,这个线程才会重新被唤醒,继续工作。

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9 thoughts on “LabVIEW 程序中的线程 1 – LabVIEW 是自动多线程语言

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  3. 这种多线程只是一种假象,其实用不用都无所谓,这只是LabVIEW让人看起来是这个样子,其实根本不是这个样子

  4. 我觉得 8.0 比 7.1 最大的改进就是多了 Project, Library 等来帮助用户管理大型程序。这些新特性也的确极大的方便了 LabVIEW 开发大型程序。不过要一一细说,我也要花一段时间。等我想好了再写下来。

  5. LabVIEW 8.0与7.0版本有较大的不同,现在也买不到8.0的书籍,请大虾介绍一下如何使用8.0编程(与以前不同之处)。

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