淺談LabVIEW的線程編程的相關(guān)知識(shí)

軟件開發(fā)過程中總會(huì)遇到需要多線程同步運(yùn)行的情況，尤其是一些復(fù)雜的測試系統(tǒng)和大型項(xiàng)目，僅靠單線程運(yùn)行的程序是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足用戶需求的，甚至可以說在復(fù)雜測試系統(tǒng)的軟件開發(fā)中，多線程運(yùn)行是最基本的。

所以不論使用什么開發(fā)環(huán)境都需要工程師們掌握如何進(jìn)行多線程編程。在多線程開發(fā)這一點(diǎn)上LabVIEW有其獨(dú)到的優(yōu)勢，那就是LabVIEW是自動(dòng)并行運(yùn)行的語言，它可以自動(dòng)多線程運(yùn)行。

下面就小編就和大家淺談一下LabVIEW的線程編程的相關(guān)知識(shí)吧！

本文教程：

LabVIEW多線程編程基礎(chǔ)概念

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一、單線程與多線程：

LabVIEW在5.0開始才支持多線程，在此之前，LabVIEW其實(shí)是單線程運(yùn)行的。在了解LabVIEW多線程之前，我們需要了解單線程的含義：單線程并不是指代碼固定在某個(gè)線程上一直執(zhí)行，系統(tǒng)有可能也會(huì)將它切換到其他線程上去運(yùn)行，但是在同一時(shí)刻它只會(huì)存在于單個(gè)線程中，不會(huì)有多個(gè)線程去同時(shí)運(yùn)行這段代碼。而多線程指的是在同一時(shí)刻系統(tǒng)可能會(huì)在多個(gè)線程中同時(shí)運(yùn)行代碼。

在LabVIEW中只要程序框圖中的代碼可以并行運(yùn)行（功能模塊之間沒有連線關(guān)系，比如兩個(gè)獨(dú)立的While循環(huán)），那么LabIVEW在運(yùn)行這段代碼時(shí)就會(huì)自動(dòng)將它們分配在多個(gè)線程內(nèi)同時(shí)運(yùn)行。

一般情況下，LabVIEW運(yùn)行VI時(shí)至少會(huì)開辟兩個(gè)線程，一個(gè)是負(fù)責(zé)刷新界面、響應(yīng)用戶操作控件等界面操作功能的用戶界面線程；另外一個(gè)或多個(gè)線程是負(fù)責(zé)執(zhí)行除界面操作以外的其他工作，稱之為執(zhí)行線程。

二、LabVIEW的多線程：

如下圖所示，這是兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的While循環(huán)，這段代碼在執(zhí)行時(shí)會(huì)被LabVIEW自動(dòng)分配到兩個(gè)線程中去執(zhí)行。

通過上面這個(gè)示例就可以看到，在LabIVEW中編寫多線程程序十分簡便。由于兩個(gè)循環(huán)中沒有延時(shí)函數(shù)，程序會(huì)十分快速地執(zhí)行，所以對(duì)系統(tǒng)來說它們是兩個(gè)較為繁重的線程，一般對(duì)于這種任務(wù)繁重的線程，多核CPU計(jì)算機(jī)還會(huì)將它們額外安排到不同的CPU內(nèi)核上去運(yùn)行。如下圖所示，運(yùn)行上述示例以后系統(tǒng)自動(dòng)將它們分配到不同的內(nèi)核中去運(yùn)行，這樣可以合理利用CPU資源，提高程序運(yùn)行速度，節(jié)省程序執(zhí)行時(shí)間，防止某個(gè)CPU內(nèi)核被100%占用導(dǎo)致卡死。

三、LabVIEW的執(zhí)行系統(tǒng)：

LabVIEW自己有一套調(diào)度系統(tǒng)，負(fù)責(zé)代碼的調(diào)度和運(yùn)行，這就是LabVIEW的執(zhí)行系統(tǒng)。LabVIEW目前有六個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)，分別是：用戶界面、標(biāo)準(zhǔn)、儀器I/O、數(shù)據(jù)采集以及其他1、其他2執(zhí)行系統(tǒng)。一個(gè)應(yīng)用程序中的眾多子VI是可以分別放在不同的執(zhí)行系統(tǒng)里運(yùn)行的，用戶可以在VI屬性中指定VI的執(zhí)行系統(tǒng)。

在LabVIEW支持多線程后，不同執(zhí)行系統(tǒng)中的代碼就被劃分在了不同的線程下運(yùn)行。其中用戶界面執(zhí)行系統(tǒng)只有一個(gè)線程，那就是一開始提到的用戶界面線程；其他執(zhí)行系統(tǒng)可以為代碼開辟多個(gè)線程。

四、LabVIEW的VI優(yōu)先級(jí)：

用戶可以在VI屬性中指定VI的優(yōu)先級(jí)屬性。LabVIEW VI優(yōu)先級(jí)有后臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)、高于標(biāo)準(zhǔn)、高、實(shí)時(shí)這六個(gè)檔次。其中前五項(xiàng)是從低到高的優(yōu)先級(jí)順序，優(yōu)先級(jí)越高越容易搶占到CPU資源。而子程序這一項(xiàng)比較特殊，當(dāng)一個(gè)VI的優(yōu)先級(jí)被設(shè)置為子程序時(shí)，VI前面板、調(diào)試信息會(huì)被移除（不能用作界面、不能調(diào)試），同時(shí)在執(zhí)行該VI時(shí)應(yīng)用程序會(huì)短暫變?yōu)閱尉€程執(zhí)行，即在這個(gè)VI執(zhí)行結(jié)束之前，不會(huì)被別的線程打斷；這意味著子程序的VI在執(zhí)行時(shí)會(huì)得到最多的CPU資源，所以某些純算法的VI，假如不是特別耗時(shí)就可以設(shè)置為子程序的優(yōu)先級(jí)。

在設(shè)置VI優(yōu)先級(jí)時(shí)需要注意：1、在一個(gè)應(yīng)用程序中，提高一個(gè)VI的優(yōu)先級(jí)并不能縮短應(yīng)用程序整體占用CPU的時(shí)間，只是意味著這個(gè)VI會(huì)比其他VI更多、更容易搶占到CPU資源，所有VI占用CPU的整體時(shí)間是不會(huì)變的；2、低優(yōu)先級(jí)相對(duì)于高優(yōu)先級(jí)的VI，并不是高優(yōu)先級(jí)的VI會(huì)一定先執(zhí)行，只是說明高優(yōu)先級(jí)VI有更高的概率搶占到CPU資源；

在單核CPU的計(jì)算機(jī)上，LabVIEW最多為每個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)下的每個(gè)檔次優(yōu)先級(jí)開啟四條線程，如果是多核CPU，每增加一個(gè)CPU內(nèi)核，可開辟的線程數(shù)目翻倍。實(shí)際上一個(gè)程序在運(yùn)行時(shí)并不會(huì)有那么多優(yōu)先級(jí)和執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)置，所以并不會(huì)開辟很多線程。

小編這里提醒大家編程時(shí)線程不是越多越好，因?yàn)榫€程的開辟、銷毀、切換等都是需要消耗資源的，如果線程開的太多，切換線程太頻繁，反而會(huì)導(dǎo)致程序執(zhí)行的效率降低。

五、定時(shí)結(jié)構(gòu)：

對(duì)于多核CPU的計(jì)算機(jī)，有時(shí)候操作系統(tǒng)自動(dòng)分配線程至CPU內(nèi)核的策略可能并不是最優(yōu)解，于是就需要我們?nèi)斯とブ付ǎ茨硞€(gè)線程應(yīng)該被指定到計(jì)算機(jī)的哪個(gè)CPU內(nèi)核上執(zhí)行?，F(xiàn)在絕大部分計(jì)算機(jī)的CPU性能都足夠強(qiáng)大，所以一般情況下，只有對(duì)于執(zhí)行效率要求極其苛刻的程序才會(huì)需要我們?nèi)斯とブ付–PU內(nèi)核的分配方案。

需要人工指定CPU分配方案時(shí)，我們可以使用定時(shí)結(jié)構(gòu)來替換程序中原有的結(jié)構(gòu)，定時(shí)結(jié)構(gòu)可以更加精確的執(zhí)行某段程序代碼，并且它還包含一些用于高精度定時(shí)、處理器分配等的輔助功能，定時(shí)結(jié)構(gòu)包含定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)和定時(shí)順序結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

可以看到相對(duì)于普通的循環(huán)或者順序結(jié)構(gòu)，定時(shí)結(jié)構(gòu)左側(cè)有一些輸入端，可以進(jìn)行一些配置，這些配置可以在程序運(yùn)行過程中使用輸入接線端進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)置，也可以在配置面板中靜態(tài)進(jìn)行設(shè)置，如下圖所示：

在該配置面板中，處理器分配模式就是用來指定CPU的設(shè)置，可以將它選擇為手動(dòng)模式，然后在后面選擇要分配的CPU內(nèi)核名稱即可。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可以將按照執(zhí)行任務(wù)的耗時(shí)來劃分，將耗時(shí)比較多的任務(wù)單獨(dú)指定在一個(gè)CPU中，不同CPU中平衡分配任務(wù)，提升程序整體運(yùn)行的速度。

六、并行循環(huán)

前面提到當(dāng)兩個(gè)循環(huán)并行運(yùn)行，它們之間沒有數(shù)據(jù)連線時(shí)LabVIEW會(huì)將它們劃分到兩個(gè)不同的線程中去執(zhí)行。那么當(dāng)只有一個(gè)循環(huán)時(shí)，一般情況下，LabVIEW只會(huì)為此循環(huán)開辟一個(gè)線程來執(zhí)行，但是如果這個(gè)循環(huán)中的代碼本身就比較耗時(shí)，那么這段代碼的執(zhí)行效率就會(huì)十分低，如下圖所示：

上述示例中的這段代碼執(zhí)行一次需要859ms，屬于相當(dāng)耗時(shí)的代碼了，它每次循環(huán)都需要經(jīng)過大量數(shù)學(xué)運(yùn)算，對(duì)于這種循環(huán)，可以將它配置成并行運(yùn)行模式，在循環(huán)上右鍵并選擇“配置循環(huán)并行”

選擇之后就會(huì)看到一個(gè)配置窗口：

首先我們需要先勾選“啟用循環(huán)迭代并行”，然后配置生成的并行循環(huán)實(shí)例數(shù)量，一般來說實(shí)例數(shù)最高設(shè)置成計(jì)算機(jī)的內(nèi)核總數(shù)量，設(shè)置數(shù)量超過計(jì)算機(jī)的內(nèi)核數(shù)量就沒有意義了，不會(huì)再繼續(xù)提高程序的運(yùn)行速度。

上圖是將原先的示例改為并行循環(huán)并設(shè)置了8個(gè)線程之后的執(zhí)行情況，可以看到它的運(yùn)行時(shí)間顯著減少，程序的執(zhí)行效率得到了很大的提升。

注意事項(xiàng)：

1、配置并行循環(huán)要求循環(huán)內(nèi)部的代碼不能依賴之前循環(huán)運(yùn)算的結(jié)果（比如不能使用反饋節(jié)點(diǎn)和移位寄存器），因?yàn)槿绻绦蛞蕾囍把h(huán)運(yùn)算的結(jié)果就表明這個(gè)程序不能并行運(yùn)行，必須強(qiáng)制迭代按順序執(zhí)行，如果強(qiáng)行配置為并行循環(huán)會(huì)導(dǎo)致VI報(bào)錯(cuò)無法運(yùn)行。

2、配置為并行循環(huán)的程序無法在循環(huán)內(nèi)部使用探針等調(diào)試手段，如果需要調(diào)試可以勾選配置循環(huán)并行面板中的“允許調(diào)試”，勾選之后它會(huì)強(qiáng)制所有并行的線程按照順序迭代，這樣會(huì)使并行運(yùn)行的執(zhí)行效率降低到之前的單線程運(yùn)行的水平，所以一般代碼調(diào)試完成后一定要記得取消此勾選項(xiàng)。

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七、內(nèi)容總結(jié) 1、明確LabVIEW單線程和多線程的概念； 2、了解LabVIEW自動(dòng)多線程的相關(guān)知識(shí)； 3、熟悉LabVIEW執(zhí)行系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)； 4、掌握LabVIEW VI優(yōu)先級(jí)設(shè)置及其注意事項(xiàng)； 5、學(xué)習(xí)定時(shí)結(jié)構(gòu)和并行循環(huán)的使用及注意事項(xiàng)； ? 以上就是有關(guān)LabVIEW多線程編程第一章節(jié)的所有內(nèi)容啦，歡迎大家一起交流探討！下一章小編將會(huì)為大家?guī)鞮abVIEW多線程之間的數(shù)據(jù)傳遞相關(guān)的分享，敬請期待！ 編輯：黃飛

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