第四章：并发编程

本章论述了并发编程，介绍了并行计算的概念，指出了并行计算的重要性；比较了顺序算法与并行算法， 以及并行性与并发性；解释了线程的原理及其相对于进程的优势；解释了死锁问题， 并说明了如何防止并发程序中的死锁问题；讨论了信号量， 并论证了它们相对千条件变量的优点；还解释了支待 Linux 中线程的独特方式。

并行计算

  • 基于分治原则（如二叉树查找和快速排序等）的算法经常表现出高度的并行性，可通过使用并行或并发执行米提高计算速度。并行计算是一种计算方案，它尝试使用多个执行并行算法的处理器 更快速地解决问题。

并行性和并发性

  • 并行算法只识别可执行的任务。理想情况下，并行算法中的所有任务都应该同时实时执行
  • 并发性是通过多任务处理实现的

线程

  • 线程的原理：在内核模式下各进程在唯一地址空间上执行，与其他进程分开
  • 每个进程都是一个独立单元，只有一个执行路径
  • 线程是某进程同一地址空间上的独立执行单元（如果只有一个主线程，那么进程和线程并没有什么本质区别）
  • 线程的优点：1）线程创建和切换速度更快。2）线程的响应速度更快。3）线程更适合并行计算
  • 线程的缺点：1）由于地址空间共享，线程需要来自用户的明确同步。2）许多库函数可能对线程不安全。3）在单CPU系统上，使用线程解决间题实际上要比使用顺序程序慢，这是由在运行时创建线程和切换上下文的系统开销造成的。
  • 线程操作：线程可在内核模式或用户模式下执行。在用户模式下，线程在进程的相同地址空间中执行，但每个线程都有自己的执行堆栈。线程是独立的执行单元，可根据操作系统内核的调度策略，对内核进行系统调用，变为桂起激活以继续执行等。为了利用线程的共享地址空间，操作系统内核的调度策略可能会优先选择同一进程中的线程，而不是不同进程中的线程
  • Pthread库提供了用于线程管理的以下APT：

pthread_create(thread, attr, function, arg): create thread
pthread_exit(status）：terminate thread
pthread_cancel(thread) : cancel thread
pthread_attr_init(attr) : initialize thread attributes
pthread_attr_destroy(attr): destroy thread attribute

  • 创建线程：使用pthread_create()函数创建线程。
    ​​int pthread_create (pthread_t *pthread_id,pthread_attr_t•attr,void * (*func) (void *), void *arg);​​ 其中，attr最复杂，其使用步骤为：1）定义一个pthread展性变址pt:hread_attr_tattr。2）用pthread_attr_init(&attr)初始化屈性变掀。3）设置属性变垃并在pthread_ create()调用中使用。4）必要时，通过pthread_attr_destroy(&attr)释放attr资源。
  • 线程终止：线程函数结束后，线程即终止，或者，线程可以调用函数
    ​​ int pthraad_exit {void *status)​​
  • 线程连接：一个线程可以等待另一个线程的终止， 通过：
    ​​int pthread_join (pthread_t thread, void **status__ptr);​​ 终止线程的退出状态以status_ptr返回。

线程同步

  • 当多个线程试图修改同一共享变量或数据结构时，如果修改结果取决于线程的执行顺序，则称之为竞态条件
  • 互斥量：在 Pthread中，锁被称为互斥量，意思是相互排斥。互斥变呈是用 ptbread_mutex_t 类型声明的在使，用之前必须对它们进行初始化。有两种方法可以初始化互斥址：
    静态方法,​​pthreaa—mutex_t m = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;​​ 定义互斥量 m, 并使用默认属性对其进行初始化。
    动态方法，使用 ​​pthread_ mutex _init() ​​函数
  • 线程通过互斥量来保护共享数据对象

死锁预防

  • 死锁是一种状态，在这种状态下，许多执行实体相互等待，因此都无法继续下去

条件变量

  • 作为锁，互斥量仅用于确保线程只能互斥地访间临界区中的共享数据对象。在Pthread中，使用类型pthread_cond_t来声明条件变拉，而且必须 在使用前进行初始化。与互斥变量一样，条件变量也可以通过两种方法进行初始化。
    静态方法:​​pthread_cond_t con= PTHREAD_COND_INITIALIZER;​​定义一个条件变屾con,并使用默认属性对其进行初始化。
    动态方法:使用​​pthread_cond_init()​​函数，可通过attr参数设置条件变量。为简便起见，我们总是使用NULLattr参数作为默认属性。

生产者-消费者问题

20191324第四章读书笔记_地址空间

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