第十二章 并發編程

12.1 基于進程的并發編程

構造并發程序最簡單的方法——用進程

常用函數如下：

• fork
• exec
• waitpid

【基于進程的并發服務器】

• 使用SIGCHLD處理程序來回收僵死子進程的資源。
• 父進程必須關閉他們各自的connfd拷貝（已連接的描述符），避免存儲器泄露。
• 因為套接字的文件表表項中的引用計數，直到父子進程的connfd都關閉了，到客戶端的連接才會終止。

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【基于I/O多路復用的并發編程】

使用select函數，要求內核掛起進程，只有在一個或多個I/O事件發生后，才將控制返回給應用程序。

int select(int n,fd_set *fdset,NULL,NULL,NULL);返回已經準備好的描述符的非0的個數，若出錯則為-1。

　　

【基于I/O多路復用的并發事件驅動服務器】

狀態機：一組狀態、輸入事件、輸出事件和轉移。

自循環：同一輸入和輸出狀態之間的轉移。

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I/O多路復用技術的優劣

相比基于進程的設計給了程序員更多的對進程行為的控制，運行在單一進程上下文中，每個邏輯流都能訪問全部的地址空間，在流之間共享數據很容易。

編碼復雜，隨著并發粒度的減小，復雜性還會上升。粒度：每個邏輯流每個時間片執行的指令數量。

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12.3 基于線程的并發編程

Posix線程

Posix線程是C語言中處理線程的一個標準接口，允許程序創建、殺死和回收線程，與對等線程安全的共享數據。

線程的代碼和本地數據被封裝在一個線程例程中，

創建線程

線程通過調用pthread_create來創建其他線程。

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

　　

當函數返回時，參數tid包含新創建的線程的ID，新線程可以通過調用pthread_self函數來獲得自己的線程ID。

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

　　

終止線程

當頂層的線程例程返回時，線程會隱式地終止。通過調用pthread_exit函數，線程會顯式地終止

void pthread_exit(void *thread_return);

　　

回收已終止的線程資源

線程通過調用pthread_join函數等待其他線程終止。

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

　　

分離線程

在任何一個時間點上，線程是可結合或可分離的。一個可結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，資源在其終止時自動釋放。

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

　　

初始化線程

pthread_once允許初始化與線程例程相關的狀態。

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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【線程存儲器模型】

每個線程都有自己獨立的線程上下文，包括一個唯一的整數線程ID，棧、棧指針、程序計數器、通用目的寄存器和條件碼。

【將變量映射到存儲器】

• 全局變量：定義在函數之外的變量
• 本地自動變量：定義在函數內部但是沒有static屬性的變量。
• 本地靜態變量：定義在函數內部并有static屬性的變量。

【共享變量】

當且僅當變量的一個實例被一個以上的線程引用時,就說變量是共享的。

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12.5用信號量同步線程

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【進度圖】

將n個并發線程的執行模型化為一條n維笛卡爾空間中的軌跡線，將指令模型化為從一種狀態到另一種狀態的轉換。

轉換規則：

• 合法的轉換是向右或者向上，即某一個線程中的一條指令完成
• 兩條指令不能在同一時刻完成，即不允許出現對角線
• 程序不能反向運行，即不能出現向下或向左

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【信號量】

• 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，那么就掛起這個線程，直到s變為非零。
• V(s)：將s加一，如果有任何線程阻塞在P操作等待s變為非零，那么V操作會重啟線程中的一個，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為處理器核的數量，T為在p個核上的運行時間。

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12.7 其他并發問題

【線程安全】

四個不相交的線程不安全函數類以及應對措施：

• 不保護共享變量的函數——用P和V這樣的同步操作保護共享變量
• 保持跨越多個調用的狀態的函數——重寫，不用任何static數據。
• 返回指向靜態變量的指針的函數——重寫；使用加鎖-拷貝技術。
• 調用線程不安全函數的函數——參考之前三種

【競爭】

當一個程序的正確性依賴于一個線程要在另一個線程到達y點之前到達他的控制流x點時，就會發生競爭。

為消除競爭，我么可以動態地為每個整數ID分配一個獨立的塊，并且傳遞給線程例程一個指向這個塊的指針。

【死鎖】

死鎖：一組線程被阻塞了，等待一個永遠也不會為真的條件。

• 程序員使用P和V操作順序不當，以至于兩個信號量的禁止區域重疊。
• 重疊的禁止區域引起了一組稱為死鎖區域的狀態。
• 死鎖是一個相當難的問題，因為它是不可預測的。

互斥鎖加鎖順序規則：如果對于程序中每對互斥鎖(s,t)，給所有的鎖分配一個全序，每個線程按照這個順序來請求鎖，并且按照逆序來釋放，這個程序就是無死鎖的。

解決死鎖的方法

不讓死鎖發生：

• 靜態策略：設計合適的資源分配算法，不讓死鎖發生---死鎖預防；
• 動態策略：進程在申請資源時，系統審查是否會產生死鎖，若會產生死鎖則不分配---死鎖避免。

讓死鎖發生：

進程申請資源時不進行限制，系統定期或者不定期檢測是否有死鎖發生，當檢測到時解決死鎖----死鎖檢測與解除。

轉載于:https://www.cnblogs.com/ShadowStealer/p/5024750.html

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總結

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