12.并发编程

1.并发

并发：逻辑流在时间时重叠
构造并发程序：
进程：每个逻辑控制流是一个进程，由内核调度和维护
进程有独立的虚拟地址空间，想要通信，控制流必须使用某种显式的进程间通信机制(IPC)
I/O多路复用：程序在一个进程的上下文显式地调度自己的逻辑流
逻辑流被模型化为状态机，数据到达文件描述符后，主程序显式地从一个状态转换到另一个状态
程序是一个单独的进程，所有的流共享同一个地址空间
线程：运行在单一进程上下文的逻辑流，由内核调度
像进程流一样由内核调度，像I/O多路复用一样共享同一个地址空间

2.基于进程

在父进程中接受客户端连接请求，创建新的子进程提供服务
共享文件表，但不共享用户地址空间

3.基于I/O多路复用

使用select函数，要求内核挂起进程，只有在I/O事件发生后，才将控制返回给程序
select处理描述符集合，看成一个大小为n的位向量
select函数会一直阻塞，直到读集合中至少有一个描述符准备好可以读
当且仅当一个从该描述符读取一个字节的请求不会阻塞时，描述符k就表示准备好可以读了

状态机就是一组状态、输入事件、转移
粒度：每个逻辑流每个时间片执行的指令数量

基于I/O多路复用的事件驱动程序：
每个逻辑流都能访问该进程的全部地址空间

4.基于线程(thread)

线程是运行在进程上下文的逻辑流
程序是由每个进程中一个线程组成的
每个线程都有自己独立的线程上下文，包括线程ID、栈、栈指针、PC、CC、通用目的寄存器值
每个线程和其他线程共享进程上下文的剩余部分，包括整个用户虚拟地址空间，由只读文本、读/写数据、堆、所有的共享库代码和数据区域组成
线程共享打开文件的集合
一个线程的上下文比进程的更小，切换更快
主线程和其他对等线程的区别仅在于它总是进程中第一个运行的线程
每个对等线程都能读写相同的共享数据
线程的代码和本地数据被封装在一个线程例程中

pthread_create函数创建线程
pthread_join函数会阻塞，直到线程终止

可结合的线程：能被其他线程回收和杀死，在被其他线程回收前，它的内存资源(栈)不释放
分离的线程：不能被其他线程回收和杀死，内存资源在它终止时由系统自动释放

寄存器从不共享，虚拟内存总是共享
若一个线程得到了一个指向其他线程的栈的指针，则它可以读写这个栈的任何部分
变量是共享的，当且仅当它的一个实例被一个以上的线程引用

5.用信号量同步线程

共享变量引入了同步错误的可能性

互斥：临界区不应该与其他进程的临界区交替执行

信号量s是非负整数的全局变量，初始化为1，只能由两种操作处理
P(s)测试：若s非0则减1，若s为0则挂起
V(s)增加：s加1
以提供互斥为目的的二元信号量称为互斥锁，P为加锁，V为解锁

生产者-消费者问题：

插入和取出项目都涉及更新共享变量，必须保证对缓冲区的访问互斥和调度
缓冲区：减少抖动

读者-写者问题：

写者必须有对对象独占的访问，读者可以和无限多个读者共享对象
饥饿：一个线程无限期阻塞，无法进展

基于预线程化的并发服务器

6.竞争、死锁

竞争：一个程序的正确性依赖于一个线程要在另一个线程到达y点之前，到达它的控制流中的x点
程序员假定线程将按照某种特殊的轨迹线穿过执行空间，而忘记：多线程的程序必须对任何可行的轨迹线都正确工作

死锁：一组进程被阻塞了， 等待一个永远不会为真的条件