蘭洪霞

摘 要：本文介紹了ELIS海洋石油成像測井地面采集系統(tǒng)多線程應用的設計及實現(xiàn)，分析多線程技術的優(yōu)缺點，并對使用多線程技術后的ELIS地面采集系統(tǒng)和使用前做了性能分析對比，證明多線程技術應用對ELIS地面采集系統(tǒng)性能的提升。

關鍵詞：測井系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 多線程 同步

中圖分類號：TE3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0027-03

ELIS海洋石油成像測井系統(tǒng)（Enhanced Logging Imaging System）是中海油田股份有限公司自主研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的用于海上石油勘探開發(fā)的電纜測井成像系統(tǒng)，它主要由地面采集系統(tǒng)、井下儀器和數(shù)據(jù)解釋處理三個部分組成。

ELIS地面采集系統(tǒng)基于前后臺方式（客戶端/服務器），通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換。前端機系統(tǒng)做為服務器，完成實時數(shù)據(jù)采集和預處理，后臺主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和顯示，用戶接口，為操作工程師提供各種井下儀器的實時控制界面，完成服務表的編輯和加載，數(shù)據(jù)的處理和顯示、存儲、出圖。由于后臺主機要同事處理多個任務，且有很高的實時性要求，所以采用多線程設計開發(fā)模式，取得了良好的效果。

1 設計思想

ELIS地面采集系統(tǒng)最初采用的是單線程設計，其中網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、界面響應、命令發(fā)送等功能都在同一個線程內(nèi)順序執(zhí)行，即執(zhí)行玩、完一個功能，才能執(zhí)行下一個功能，其示意如圖1所示。

在掛接常規(guī)井下測井儀器時這種設計模式?jīng)]有問題，但是在掛接采樣率高、數(shù)據(jù)量大、計算復雜的高端測井儀器時由于網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理占用了大量CPU時間，出現(xiàn)了界面響應慢、儀器命令無法下發(fā)、顯示刷新慢等問題，經(jīng)過重新設計，把ELIS地面采集系統(tǒng)由單線程設計改進為多線程設計，其設計圖如圖2所示。

把原有的單線程設計改為多線程設計，即把網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、界面響應、命令發(fā)送、文件存儲劃分為獨立的線程，并行執(zhí)行。

線程本質(zhì)上是一個獨立運行的代碼段，是CPU調(diào)度和分配的基本單元，多線程設計將應用程序劃分為多個獨立的任務，其優(yōu)點：

（1）當前沒有進行處理的任務時可以將處理器時間讓給其它任務。

（2）占用大量處理時間的任務可以定期將處理器時間讓給其它任務。

（3）多線程技術使程序的響應速度更快，因為用戶界面可以在進行其它工作的同時一直處于活動狀態(tài)。

（4）可以隨時停止任務。

（5）可以分別設置各個任務的優(yōu)先級以優(yōu)化性能。

在ELIS地面采集系統(tǒng)軟件中充分利用了多線程的優(yōu)勢：

（1）網(wǎng)絡接收作為獨立的線程，采用阻塞的Socket模型，即網(wǎng)絡上來數(shù)據(jù)了接收，沒有數(shù)據(jù)的時候等待，等待時把處理器時間讓給其它任務，提高了效率。

（2）數(shù)據(jù)處理線程占用大量處理時間，在其中使用PeekMessage函數(shù)響應界面及其它線程的消息。

（3）單線程設計因為其它任務繁忙，界面響應緩慢，無法及時下發(fā)儀器控制命令，多線程技術使程序的響應速度更快，成功得解決了這個問題。

（4）提高網(wǎng)絡接收線程的優(yōu)先級，確保實時采集的數(shù)據(jù)包不丟失。

Message函數(shù)發(fā)送線程間消息，讓網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理等線程停下來，完成內(nèi)存分配及初始化后再發(fā)送線程間消息重啟線程，達到線程間的調(diào)度和協(xié)調(diào)。

但是多線程也存在一些缺點，主要包括：

（1）線程的使用會給系統(tǒng)帶來上下文切換的額外負擔，負擔超過一定程度時，多線程的效率就會降低。

（2）當多個線程需要對公有變量進行寫操作時，后一個線程往往會修改掉前一個線程存放的數(shù)據(jù)，即線程同步問題。

（3）即較長時間的等待或資源競爭以及死鎖等多線程癥狀。

（4）程序復雜度增加，調(diào)試困難。

為了克服上述缺點，對ELIS地面采集系統(tǒng)軟件進行了精心設計：

（1）線程不能過多，過多會給系統(tǒng)帶來上下文切換的額外負擔，降低系統(tǒng)效率，而且會調(diào)度協(xié)調(diào)困難，需要合理劃分功能模塊，界定模塊邊界，我們把系統(tǒng)設計為網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、界面響應、命令發(fā)送、文件存儲六個線程，經(jīng)實踐證明這樣劃分科學高效。

（2）線程同步問題。

①使用臨界區(qū)（CCriticalSection）和互斥量（CMutex）保護共享資源，當多個線程訪問一個共享資源時，可以使用臨界區(qū)或互斥量對該共享資源進行保護，保證同一時刻只有一個線程可以訪問該共享資源，其他希望訪問共享資源的線程將被掛起等待，直到擁有共享資源的線程放棄共享資源為止，這樣就保證了不會在同一時刻出現(xiàn)多個線程訪問共享資源。

②事件（CEvent），事件是一個允許一個線程在某種情況發(fā)生時，喚醒另外一個線程的同步對象。例如數(shù)據(jù)處理線程處理完一包數(shù)據(jù)就會發(fā)送一個特定的事件通知數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)存儲線程更新。

③互斥量（CMutex），互斥對象與臨界區(qū)對象很像.互斥對象與臨界區(qū)對象的不同在于：互斥對象可以在進程間使用，而臨界區(qū)對象只能在同一進程的各線程間使用。當然，互斥對象也可以用于同一進程的各個線程間，但是在這種情況下，使用臨界區(qū)會更節(jié)省系統(tǒng)資源，更有效率。

（3）由于多線程各線程之間是并行的任務搶占式工作方式，各線程的執(zhí)行次序不可預期，導致有些錯誤只有在特定情況才會出現(xiàn)，不易重現(xiàn)，難以調(diào)試定位，我們采用在程序內(nèi)部添加TRACE調(diào)試語句及外部線程觀測器兩種方式定位問題。

2 程序實現(xiàn)

程序用VC++6.0實現(xiàn)，VC++6.0的MFC類庫提供了兩種類型的線程：輔助線程（Worker

摘 要：本文介紹了ELIS海洋石油成像測井地面采集系統(tǒng)多線程應用的設計及實現(xiàn)，分析多線程技術的優(yōu)缺點，并對使用多線程技術后的ELIS地面采集系統(tǒng)和使用前做了性能分析對比，證明多線程技術應用對ELIS地面采集系統(tǒng)性能的提升。

關鍵詞：測井系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 多線程 同步

中圖分類號：TE3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0027-03

ELIS海洋石油成像測井系統(tǒng)（Enhanced Logging Imaging System）是中海油田股份有限公司自主研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的用于海上石油勘探開發(fā)的電纜測井成像系統(tǒng)，它主要由地面采集系統(tǒng)、井下儀器和數(shù)據(jù)解釋處理三個部分組成。

ELIS地面采集系統(tǒng)基于前后臺方式（客戶端/服務器），通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換。前端機系統(tǒng)做為服務器，完成實時數(shù)據(jù)采集和預處理，后臺主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和顯示，用戶接口，為操作工程師提供各種井下儀器的實時控制界面，完成服務表的編輯和加載，數(shù)據(jù)的處理和顯示、存儲、出圖。由于后臺主機要同事處理多個任務，且有很高的實時性要求，所以采用多線程設計開發(fā)模式，取得了良好的效果。

1 設計思想

ELIS地面采集系統(tǒng)最初采用的是單線程設計，其中網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、界面響應、命令發(fā)送等功能都在同一個線程內(nèi)順序執(zhí)行，即執(zhí)行玩、完一個功能，才能執(zhí)行下一個功能，其示意如圖1所示。

在掛接常規(guī)井下測井儀器時這種設計模式?jīng)]有問題，但是在掛接采樣率高、數(shù)據(jù)量大、計算復雜的高端測井儀器時由于網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理占用了大量CPU時間，出現(xiàn)了界面響應慢、儀器命令無法下發(fā)、顯示刷新慢等問題，經(jīng)過重新設計，把ELIS地面采集系統(tǒng)由單線程設計改進為多線程設計，其設計圖如圖2所示。

把原有的單線程設計改為多線程設計，即把網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、界面響應、命令發(fā)送、文件存儲劃分為獨立的線程，并行執(zhí)行。

線程本質(zhì)上是一個獨立運行的代碼段，是CPU調(diào)度和分配的基本單元，多線程設計將應用程序劃分為多個獨立的任務，其優(yōu)點：

（1）當前沒有進行處理的任務時可以將處理器時間讓給其它任務。

（2）占用大量處理時間的任務可以定期將處理器時間讓給其它任務。

（3）多線程技術使程序的響應速度更快，因為用戶界面可以在進行其它工作的同時一直處于活動狀態(tài)。

（4）可以隨時停止任務。

（5）可以分別設置各個任務的優(yōu)先級以優(yōu)化性能。

在ELIS地面采集系統(tǒng)軟件中充分利用了多線程的優(yōu)勢：

（1）網(wǎng)絡接收作為獨立的線程，采用阻塞的Socket模型，即網(wǎng)絡上來數(shù)據(jù)了接收，沒有數(shù)據(jù)的時候等待，等待時把處理器時間讓給其它任務，提高了效率。

（2）數(shù)據(jù)處理線程占用大量處理時間，在其中使用PeekMessage函數(shù)響應界面及其它線程的消息。

（3）單線程設計因為其它任務繁忙，界面響應緩慢，無法及時下發(fā)儀器控制命令，多線程技術使程序的響應速度更快，成功得解決了這個問題。

（4）提高網(wǎng)絡接收線程的優(yōu)先級，確保實時采集的數(shù)據(jù)包不丟失。

Message函數(shù)發(fā)送線程間消息，讓網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理等線程停下來，完成內(nèi)存分配及初始化后再發(fā)送線程間消息重啟線程，達到線程間的調(diào)度和協(xié)調(diào)。

但是多線程也存在一些缺點，主要包括：

（1）線程的使用會給系統(tǒng)帶來上下文切換的額外負擔，負擔超過一定程度時，多線程的效率就會降低。

（2）當多個線程需要對公有變量進行寫操作時，后一個線程往往會修改掉前一個線程存放的數(shù)據(jù)，即線程同步問題。

（3）即較長時間的等待或資源競爭以及死鎖等多線程癥狀。

（4）程序復雜度增加，調(diào)試困難。

為了克服上述缺點，對ELIS地面采集系統(tǒng)軟件進行了精心設計：

（1）線程不能過多，過多會給系統(tǒng)帶來上下文切換的額外負擔，降低系統(tǒng)效率，而且會調(diào)度協(xié)調(diào)困難，需要合理劃分功能模塊，界定模塊邊界，我們把系統(tǒng)設計為網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、界面響應、命令發(fā)送、文件存儲六個線程，經(jīng)實踐證明這樣劃分科學高效。

（2）線程同步問題。

①使用臨界區(qū)（CCriticalSection）和互斥量（CMutex）保護共享資源，當多個線程訪問一個共享資源時，可以使用臨界區(qū)或互斥量對該共享資源進行保護，保證同一時刻只有一個線程可以訪問該共享資源，其他希望訪問共享資源的線程將被掛起等待，直到擁有共享資源的線程放棄共享資源為止，這樣就保證了不會在同一時刻出現(xiàn)多個線程訪問共享資源。

②事件（CEvent），事件是一個允許一個線程在某種情況發(fā)生時，喚醒另外一個線程的同步對象。例如數(shù)據(jù)處理線程處理完一包數(shù)據(jù)就會發(fā)送一個特定的事件通知數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)存儲線程更新。

③互斥量（CMutex），互斥對象與臨界區(qū)對象很像.互斥對象與臨界區(qū)對象的不同在于：互斥對象可以在進程間使用，而臨界區(qū)對象只能在同一進程的各線程間使用。當然，互斥對象也可以用于同一進程的各個線程間，但是在這種情況下，使用臨界區(qū)會更節(jié)省系統(tǒng)資源，更有效率。

（3）由于多線程各線程之間是并行的任務搶占式工作方式，各線程的執(zhí)行次序不可預期，導致有些錯誤只有在特定情況才會出現(xiàn)，不易重現(xiàn)，難以調(diào)試定位，我們采用在程序內(nèi)部添加TRACE調(diào)試語句及外部線程觀測器兩種方式定位問題。

2 程序實現(xiàn)

程序用VC++6.0實現(xiàn)，VC++6.0的MFC類庫提供了兩種類型的線程：輔助線程（Worker

摘 要：本文介紹了ELIS海洋石油成像測井地面采集系統(tǒng)多線程應用的設計及實現(xiàn)，分析多線程技術的優(yōu)缺點，并對使用多線程技術后的ELIS地面采集系統(tǒng)和使用前做了性能分析對比，證明多線程技術應用對ELIS地面采集系統(tǒng)性能的提升。

關鍵詞：測井系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 多線程 同步

中圖分類號：TE3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0027-03

ELIS海洋石油成像測井系統(tǒng)（Enhanced Logging Imaging System）是中海油田股份有限公司自主研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的用于海上石油勘探開發(fā)的電纜測井成像系統(tǒng)，它主要由地面采集系統(tǒng)、井下儀器和數(shù)據(jù)解釋處理三個部分組成。

ELIS地面采集系統(tǒng)基于前后臺方式（客戶端/服務器），通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換。前端機系統(tǒng)做為服務器，完成實時數(shù)據(jù)采集和預處理，后臺主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和顯示，用戶接口，為操作工程師提供各種井下儀器的實時控制界面，完成服務表的編輯和加載，數(shù)據(jù)的處理和顯示、存儲、出圖。由于后臺主機要同事處理多個任務，且有很高的實時性要求，所以采用多線程設計開發(fā)模式，取得了良好的效果。

1 設計思想

ELIS地面采集系統(tǒng)最初采用的是單線程設計，其中網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、界面響應、命令發(fā)送等功能都在同一個線程內(nèi)順序執(zhí)行，即執(zhí)行玩、完一個功能，才能執(zhí)行下一個功能，其示意如圖1所示。

在掛接常規(guī)井下測井儀器時這種設計模式?jīng)]有問題，但是在掛接采樣率高、數(shù)據(jù)量大、計算復雜的高端測井儀器時由于網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理占用了大量CPU時間，出現(xiàn)了界面響應慢、儀器命令無法下發(fā)、顯示刷新慢等問題，經(jīng)過重新設計，把ELIS地面采集系統(tǒng)由單線程設計改進為多線程設計，其設計圖如圖2所示。

把原有的單線程設計改為多線程設計，即把網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、界面響應、命令發(fā)送、文件存儲劃分為獨立的線程，并行執(zhí)行。

線程本質(zhì)上是一個獨立運行的代碼段，是CPU調(diào)度和分配的基本單元，多線程設計將應用程序劃分為多個獨立的任務，其優(yōu)點：

（1）當前沒有進行處理的任務時可以將處理器時間讓給其它任務。

（2）占用大量處理時間的任務可以定期將處理器時間讓給其它任務。

（3）多線程技術使程序的響應速度更快，因為用戶界面可以在進行其它工作的同時一直處于活動狀態(tài)。

（4）可以隨時停止任務。

（5）可以分別設置各個任務的優(yōu)先級以優(yōu)化性能。

在ELIS地面采集系統(tǒng)軟件中充分利用了多線程的優(yōu)勢：

（1）網(wǎng)絡接收作為獨立的線程，采用阻塞的Socket模型，即網(wǎng)絡上來數(shù)據(jù)了接收，沒有數(shù)據(jù)的時候等待，等待時把處理器時間讓給其它任務，提高了效率。

（2）數(shù)據(jù)處理線程占用大量處理時間，在其中使用PeekMessage函數(shù)響應界面及其它線程的消息。

（3）單線程設計因為其它任務繁忙，界面響應緩慢，無法及時下發(fā)儀器控制命令，多線程技術使程序的響應速度更快，成功得解決了這個問題。

（4）提高網(wǎng)絡接收線程的優(yōu)先級，確保實時采集的數(shù)據(jù)包不丟失。

Message函數(shù)發(fā)送線程間消息，讓網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理等線程停下來，完成內(nèi)存分配及初始化后再發(fā)送線程間消息重啟線程，達到線程間的調(diào)度和協(xié)調(diào)。

但是多線程也存在一些缺點，主要包括：

（1）線程的使用會給系統(tǒng)帶來上下文切換的額外負擔，負擔超過一定程度時，多線程的效率就會降低。

（2）當多個線程需要對公有變量進行寫操作時，后一個線程往往會修改掉前一個線程存放的數(shù)據(jù)，即線程同步問題。

（3）即較長時間的等待或資源競爭以及死鎖等多線程癥狀。

（4）程序復雜度增加，調(diào)試困難。

為了克服上述缺點，對ELIS地面采集系統(tǒng)軟件進行了精心設計：

（1）線程不能過多，過多會給系統(tǒng)帶來上下文切換的額外負擔，降低系統(tǒng)效率，而且會調(diào)度協(xié)調(diào)困難，需要合理劃分功能模塊，界定模塊邊界，我們把系統(tǒng)設計為網(wǎng)絡接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、界面響應、命令發(fā)送、文件存儲六個線程，經(jīng)實踐證明這樣劃分科學高效。

（2）線程同步問題。

①使用臨界區(qū)（CCriticalSection）和互斥量（CMutex）保護共享資源，當多個線程訪問一個共享資源時，可以使用臨界區(qū)或互斥量對該共享資源進行保護，保證同一時刻只有一個線程可以訪問該共享資源，其他希望訪問共享資源的線程將被掛起等待，直到擁有共享資源的線程放棄共享資源為止，這樣就保證了不會在同一時刻出現(xiàn)多個線程訪問共享資源。

②事件（CEvent），事件是一個允許一個線程在某種情況發(fā)生時，喚醒另外一個線程的同步對象。例如數(shù)據(jù)處理線程處理完一包數(shù)據(jù)就會發(fā)送一個特定的事件通知數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)存儲線程更新。

③互斥量（CMutex），互斥對象與臨界區(qū)對象很像.互斥對象與臨界區(qū)對象的不同在于：互斥對象可以在進程間使用，而臨界區(qū)對象只能在同一進程的各線程間使用。當然，互斥對象也可以用于同一進程的各個線程間，但是在這種情況下，使用臨界區(qū)會更節(jié)省系統(tǒng)資源，更有效率。

（3）由于多線程各線程之間是并行的任務搶占式工作方式，各線程的執(zhí)行次序不可預期，導致有些錯誤只有在特定情況才會出現(xiàn)，不易重現(xiàn)，難以調(diào)試定位，我們采用在程序內(nèi)部添加TRACE調(diào)試語句及外部線程觀測器兩種方式定位問題。

2 程序實現(xiàn)

程序用VC++6.0實現(xiàn)，VC++6.0的MFC類庫提供了兩種類型的線程：輔助線程（Worker