第十二章 并發(fā)編程

12.1 基于進(jìn)程的并發(fā)編程

構(gòu)造并發(fā)程序最簡(jiǎn)單的方法——用進(jìn)程

常用函數(shù)如下：

• fork
• exec
• waitpid

【基于進(jìn)程的并發(fā)服務(wù)器】

• 使用SIGCHLD處理程序來回收僵死子進(jìn)程的資源。
• 父進(jìn)程必須關(guān)閉他們各自的connfd拷貝（已連接的描述符），避免存儲(chǔ)器泄露。
• 因?yàn)樘捉幼值奈募肀眄?xiàng)中的引用計(jì)數(shù)，直到父子進(jìn)程的connfd都關(guān)閉了，到客戶端的連接才會(huì)終止。

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【基于I/O多路復(fù)用的并發(fā)編程】

使用select函數(shù)，要求內(nèi)核掛起進(jìn)程，只有在一個(gè)或多個(gè)I/O事件發(fā)生后，才將控制返回給應(yīng)用程序。

int select(int n,fd_set *fdset,NULL,NULL,NULL);返回已經(jīng)準(zhǔn)備好的描述符的非0的個(gè)數(shù)，若出錯(cuò)則為-1。

　　

【基于I/O多路復(fù)用的并發(fā)事件驅(qū)動(dòng)服務(wù)器】

狀態(tài)機(jī)：一組狀態(tài)、輸入事件、輸出事件和轉(zhuǎn)移。

自循環(huán)：同一輸入和輸出狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移。

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I/O多路復(fù)用技術(shù)的優(yōu)劣

相比基于進(jìn)程的設(shè)計(jì)給了程序員更多的對(duì)進(jìn)程行為的控制，運(yùn)行在單一進(jìn)程上下文中，每個(gè)邏輯流都能訪問全部的地址空間，在流之間共享數(shù)據(jù)很容易。

編碼復(fù)雜，隨著并發(fā)粒度的減小，復(fù)雜性還會(huì)上升。粒度：每個(gè)邏輯流每個(gè)時(shí)間片執(zhí)行的指令數(shù)量。

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12.3 基于線程的并發(fā)編程

Posix線程

Posix線程是C語(yǔ)言中處理線程的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，允許程序創(chuàng)建、殺死和回收線程，與對(duì)等線程安全的共享數(shù)據(jù)。

線程的代碼和本地?cái)?shù)據(jù)被封裝在一個(gè)線程例程中，

創(chuàng)建線程

線程通過調(diào)用pthread_create來創(chuàng)建其他線程。

int pthread_create(pthread_t *tid,pthread_attr_t *attr,func *f,void *arg);成功則返回0，出錯(cuò)則為非零

　　

當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，參數(shù)tid包含新創(chuàng)建的線程的ID，新線程可以通過調(diào)用pthread_self函數(shù)來獲得自己的線程ID。

pthread_t pthread_self(void);返回調(diào)用者的線程ID。

　　

終止線程

當(dāng)頂層的線程例程返回時(shí)，線程會(huì)隱式地終止。通過調(diào)用pthread_exit函數(shù)，線程會(huì)顯式地終止

void pthread_exit(void *thread_return);

　　

回收已終止的線程資源

線程通過調(diào)用pthread_join函數(shù)等待其他線程終止。

int pthread_join(pthread_t tid,void **thread_return);成功則返回0，出錯(cuò)則為非零

　　

分離線程

在任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，線程是可結(jié)合或可分離的。一個(gè)可結(jié)合的線程能夠被其他線程收回其資源和殺死，在被回收之前，它的存儲(chǔ)器資源是沒有被釋放的。分離的線程則相反，資源在其終止時(shí)自動(dòng)釋放。

int pthread_deacth(pthread_t tid);成功則返回0，出錯(cuò)則為非零

　　

初始化線程

pthread_once允許初始化與線程例程相關(guān)的狀態(tài)。

pthread_once_t once_control=PTHREAD_ONCE_INIT; int pthread_once(pthread_once_t *once_control,void (*init_routine)(void));總是返回0

　　

12.4 多線程程序中的共享變量

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【線程存儲(chǔ)器模型】

每個(gè)線程都有自己獨(dú)立的線程上下文，包括一個(gè)唯一的整數(shù)線程ID，棧、棧指針、程序計(jì)數(shù)器、通用目的寄存器和條件碼。

【將變量映射到存儲(chǔ)器】

• 全局變量：定義在函數(shù)之外的變量
• 本地自動(dòng)變量：定義在函數(shù)內(nèi)部但是沒有static屬性的變量。
• 本地靜態(tài)變量：定義在函數(shù)內(nèi)部并有static屬性的變量。

【共享變量】

當(dāng)且僅當(dāng)變量的一個(gè)實(shí)例被一個(gè)以上的線程引用時(shí),就說變量是共享的。

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12.5用信號(hào)量同步線程

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【進(jìn)度圖】

將n個(gè)并發(fā)線程的執(zhí)行模型化為一條n維笛卡爾空間中的軌跡線，將指令模型化為從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

轉(zhuǎn)換規(guī)則：

• 合法的轉(zhuǎn)換是向右或者向上，即某一個(gè)線程中的一條指令完成
• 兩條指令不能在同一時(shí)刻完成，即不允許出現(xiàn)對(duì)角線
• 程序不能反向運(yùn)行，即不能出現(xiàn)向下或向左

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【信號(hào)量】

• P(s)：如果s是非零的，那么P將s減一，并且立即返回。如果s為零，那么就掛起這個(gè)線程，直到s變?yōu)榉橇恪?/li>
• V(s)：將s加一，如果有任何線程阻塞在P操作等待s變?yōu)榉橇?#xff0c;那么V操作會(huì)重啟線程中的一個(gè)，然后該線程將s減一，完成他的P操作。

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12.6 使用線程來提高并行性

并行程序的加速比通常定義為：

其中，p為處理器核的數(shù)量，T為在p個(gè)核上的運(yùn)行時(shí)間。

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12.7 其他并發(fā)問題

【線程安全】

四個(gè)不相交的線程不安全函數(shù)類以及應(yīng)對(duì)措施：

• 不保護(hù)共享變量的函數(shù)——用P和V這樣的同步操作保護(hù)共享變量
• 保持跨越多個(gè)調(diào)用的狀態(tài)的函數(shù)——重寫，不用任何static數(shù)據(jù)。
• 返回指向靜態(tài)變量的指針的函數(shù)——重寫；使用加鎖-拷貝技術(shù)。
• 調(diào)用線程不安全函數(shù)的函數(shù)——參考之前三種

【競(jìng)爭(zhēng)】

當(dāng)一個(gè)程序的正確性依賴于一個(gè)線程要在另一個(gè)線程到達(dá)y點(diǎn)之前到達(dá)他的控制流x點(diǎn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)。

為消除競(jìng)爭(zhēng)，我么可以動(dòng)態(tài)地為每個(gè)整數(shù)ID分配一個(gè)獨(dú)立的塊，并且傳遞給線程例程一個(gè)指向這個(gè)塊的指針。

【死鎖】

死鎖：一組線程被阻塞了，等待一個(gè)永遠(yuǎn)也不會(huì)為真的條件。

• 程序員使用P和V操作順序不當(dāng)，以至于兩個(gè)信號(hào)量的禁止區(qū)域重疊。
• 重疊的禁止區(qū)域引起了一組稱為死鎖區(qū)域的狀態(tài)。
• 死鎖是一個(gè)相當(dāng)難的問題，因?yàn)樗遣豢深A(yù)測(cè)的。

互斥鎖加鎖順序規(guī)則：如果對(duì)于程序中每對(duì)互斥鎖(s,t)，給所有的鎖分配一個(gè)全序，每個(gè)線程按照這個(gè)順序來請(qǐng)求鎖，并且按照逆序來釋放，這個(gè)程序就是無死鎖的。

解決死鎖的方法

不讓死鎖發(fā)生：

• 靜態(tài)策略：設(shè)計(jì)合適的資源分配算法，不讓死鎖發(fā)生---死鎖預(yù)防；
• 動(dòng)態(tài)策略：進(jìn)程在申請(qǐng)資源時(shí)，系統(tǒng)審查是否會(huì)產(chǎn)生死鎖，若會(huì)產(chǎn)生死鎖則不分配---死鎖避免。

讓死鎖發(fā)生：

進(jìn)程申請(qǐng)資源時(shí)不進(jìn)行限制，系統(tǒng)定期或者不定期檢測(cè)是否有死鎖發(fā)生，當(dāng)檢測(cè)到時(shí)解決死鎖----死鎖檢測(cè)與解除。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/ShadowStealer/p/5024750.html

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總結(jié)

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