20145225 《信息安全系统设计基础》第13周学习总结

20145225 《信息安全系统设计基础》第13周学习总结

内容总结：

程序级并发——进程

函数级并发——线程

三种基本的构造并发程序的方法：

进程

I/O多路复用

线程

第一节 基于进程的并发编程

构造并发程序最简单的方法——用进程

常用函数如下：

• fork
• exec
• waitpid

需要注意的事情：

1.父进程需要关闭它的已连接描述符的拷贝（子进程也需要关闭）

2.必须要包括一个SIGCHLD处理程序来回收僵死子进程的资源

3.父子进程之间共享文件表，但是不共享用户地址空间，这个在以前的学习过程中提到过

关于独立地址空间

1.优点：防止虚拟存储器被错误覆盖

2.缺点：开销高，共享状态信息才需要IPC机制

第二节 基于I/O多路复用的并发编程

描述符能做的三件事：

• 分配他们
• 将一个此种类型的变量赋值给另一个变量
• 用FD_ZERO、FD_SET、FD_CLR和FD_ISSET宏指令来修改和检查它们

什么时候可以读？

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

注意：

每次调用select函数时都需要更新读集合

一、基于I/O多路复用的并发事件驱动服务器

流程：

• select函数检测到输入事件
• add_client函数创建新状态机
• check_clients函数执行状态转移（在课本的例题中是回送输入行），并且完成时删除该状态机。

需要注意的函数：

• init_pool：初始化客户端池
• add_client：添加一个新的客户端到活动客户端池中
• check_clients：回送来自每个准备好的已连接描述符的一个文本行

二、I/O多路复用技术的优劣

1.优点

• 相较基于进程的设计，给了程序员更多的对程序程序的控制
• 运行在单一进程上下文中，所以每个逻辑流都可以访问该进程的全部地址空间，共享数据容易实现
• 可以使用GDB调试
• 高效

2.缺点

• 编码复杂
• 不能充分利用多核处理器

第三节 基于线程的并发编程

这种模式混合了以上两种方法

线程：就是运行在进程上下文中的逻辑流。

每个线程都有它自己的线程上下文：

一、线程执行模型

二、Posix线程

Posix线程是C程序中处理线程的一个标准接口。基本用法是：

• 线程的代码和本地数据被封装在一个线程例程中
• 每个线程例程都以一个通用指针为输入，并返回一个通用指针。

三、创建线程

1.创建线程：pthread_create函数

#include <pthread.h>
typedef void *(func)(void *);

int pthread_create(pthread_t *tid, pthread_attr_t *attr, func *f, void *arg);

成功返回0，出错返回非0

　　

创建一个新的线程，带着一个输入变量arg，在新线程的上下文运行线程例程f。

attr默认为NULL

参数tid中包含新创建线程的ID

2.查看线程ID——pthread_self函数

#include <pthread.h>

pthread_t pthread_self(void);

返回调用者的线程ID（TID）

　　

四、终止线程

1.终止线程的几个方式：

• 隐式终止：顶层的线程例程返回
• 显示终止：调用pthread_exit函数
  *如果主线程调用，会先等待所有其他对等线程终止，再终止主线程和整个进程，返回值为pthread_return
• 某个对等线程调用Unix的exit函数，会终止进程与其相关线程
• 另一个对等线程通过以当前线程ID作为参数调用pthread_cancle来终止当前线程

2.pthread_exit函数

#include <pthread.h>

void pthread_exit(void *thread_return);

若成功返回0，出错为非0

　　

3.pthread_cancle函数

#include <pthread.h>

void pthread_cancle(pthread_t tid);

若成功返回0，出错为非0

　　

五、回收已终止线程的资源

用pthread_join函数：

#include <pthread.h>

int pthread_join(pthread_t tid,void **thrad_return);

　　

这个函数会阻塞，知道线程tid终止，将线程例程返回的(void*)指针赋值为thread_return指向的位置，然后回收已终止线程占用的所有存储器资源

六、分离线程

在任何一个时间点上，线程是可结合的，或是分离的。

1.可结合的线程

• 能够被其他线程收回其资源和杀死
• 被收回钱，它的存储器资源没有被释放
• 每个可结合线程要么被其他线程显式的收回，要么通过调用pthread_detach函数被分离

2.分离的线程

• 不能被其他线程回收或杀死
• 存储器资源在它终止时由系统自动释放

3.pthread_detach函数

#include <pthread.h>

void pthread_detach(pthread_t tid);

若成功返回0，出错为非0

　　

这个函数可以分离可结合线程tid。

线程能够通过以pthread_self()为参数的pthread_detach调用来分离他们自己。

每个对等线程都应该在他开始处理请求之前分离他自身，以使得系统能在它终止后回收它的存储器资源。

七、初始化线程：pthread_once函数

#include <pthread.h>
pthread_once_t once_control = PTHREAD_ONCE_INIT;

int pthread_once(pthread_once_t *once_control, void (*init_routine)(void));

总是返回0

　　

第四节 多线程程序中的共享变量

一个变量是共享的，当且仅当多个线程引用这个变量的某个实例。

一、线程存储器模型

需要注意的有：

寄存器从不共享，虚拟存储器总是共享的。

二、将变量映射到存储器

竞争

1.竞争发生的原因：

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。也就是说，程序员假定线程会按照某种特殊的轨迹穿过执行状态空间，忘了一条准则规定：线程化的程序必须对任何可行的轨迹线都正确工作。

2.消除方法：

动态的为每个整数ID分配一个独立的块，并且传递给线程例程一个指向这个块的指针

五、死锁：

一组线程被阻塞了，等待一个永远也不会为真的条件。

1.条件

2.解决死锁的方法

a.不让死锁发生：

• 静态策略：设计合适的资源分配算法，不让死锁发生---死锁预防；
• 动态策略：进程在申请资源时，系统审查是否会产生死锁，若会产生死锁则不分配---死锁避免。

b.让死锁发生：

进程申请资源时不进行限制，系统定期或者不定期检测是否有死锁发生，当检测到时解决死锁----死锁检测与解除。

实践部分：

condvar.c

从代码中可以看到，mutex用于保护资源，wait函数用于等待信号，signal函数用于通知信号。其中wait函数中有一次对mutex的释放和重新获取操作，因此生产者和消费者并不会出现死锁。（注意：gcc编译的时候要加上-lpthread选项）

count:

 

countwithmutex.c

 

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