2017-2018-1 20155210 《信息安全系统设计基础》第八周学习总结

2017-2018-1 20155210 《信息安全系统设计基础》第八周学习总结

进程、线程、I/O多路复用

进程：

• 进程定义：进程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体;在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。进程是靠内核自动调度实现的，而且因为他们有各自的独立的虚拟地址空间，所以要在各个进程内实现共享数据，必须要有显式的IPC机制。事件驱动程序创建它们自己的并发逻辑流，这些逻辑流被模型化成状态机，用I/O多路复用来显式地角度这些流。

• 进程的特性有：

动态性：进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的。

并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行

独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位；

异步性：由于进程间的相互制约，使进程具有执行的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进

结构特征：进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。

• 负责调度的算法有：FIFS（先到先得原则）、短进程优先算法、最短剩余时间优先算法等。

线程：

• 线程定义：线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内一个相对独立的、可调度的执行单元，是系统独立调度和分派CPU的基本单位指运行中的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。

• 线程种类： 线程有两种。一种是用户级线程：管理过程全部由用户程序完成，操作系统内核心只对进程进行管理。另外一种是核心级线程：由操作系统内核进行管理。操作系统内核给应用程序提供相应的系统调用和应用程序接口API，以使用户程序可以创建、执行、撤消线程。

• 进程与线程区别：

（1）地址空间和其它资源（如打开文件）：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。

（2）通信：进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信——需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。

（3）调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。

（4）在多线程OS中，进程不是一个可执行的实体。

I/O多路复用：

• 通过I/O多路复用技术，系统内核缓冲I/O数据，当某个I/O准备好后，系统通知应用程序该I/O可读或可写，这样应用程序可以马上完成相应的I/O操作，而不需要等待系统完成相应I/O操作，从而应用程序不必因等待I/O操作而阻塞。
  与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。

• I/O复用典型的应用：

（1）当客户处理多个描述字时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用I/O复用。

（2）当一个客户同时处理多个套接口时，而这种情况是可能的，但很少出现。

（3）如果一个TCP服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到I/O复用。

（4）如果一个服务器即要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用。

（5）如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用I/O复用。

线程同步互斥相关系统调用

初始化：

在Linux下, 线程的互斥量数据类型是pthread_mutex_t. 在使用前, 要对它进行初始化：

对于静态分配的互斥量, 可以把它设置为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER, 或者调用pthread_mutex_init。

对于动态分配的互斥量, 在申请内存(malloc)之后, 通过pthread_mutex_init进行初始化, 并且在释放内存(free)前需要调用pthread_mutex_destroy。

返回值：成功则返回0, 出错则返回错误编号。

说明：如果使用默认的属性初始化互斥量, 只需把attr设为NULL。

死锁：

死锁主要发生在有多个依赖锁存在时，会在一个线程试图以与另一个线程相反顺序锁住互斥量时发生。如何避免死锁是使用互斥量应该格外注意的东西。

总体来讲， 有几个基本原则：

对共享资源操作前一定要获得锁。

完成操作以后一定要释放锁。

尽量短时间地占用锁。

如果有多锁，如获得顺序是ABC连环扣，释放顺序也应该是ABC。

线程错误返回时应该释放它所获得的锁。

在编译中要加 -lpthread参数。

教材学习中的问题和解决过程

（一个模板：我看了这一段文字 （引用文字），有这个问题 （提出问题）。 我查了资料，有这些说法（引用说法），根据我的实践，我得到这些经验（描述自己的经验）。 但是我还是不太懂，我的困惑是（说明困惑）。【或者】我反对作者的观点（提出作者的观点，自己的观点，以及理由）。 ）

• 问题1：C语言中的I/O和Java编程语言的I/O有什么不同？
• 问题1解决方案：通过查询我了解到了C语言的I/O依靠的是stdio.h内的函数实现，而Java的I/O是依靠大量的类和流类型实现的。C语言的I/O适合底层的编码活动，而Java的I/O适合高层软件间的交流。
• 问题2：PID有什么作用或意义
• 问题2解决方案：PID就是各进程的身份标识,程序一运行系统就会自动分配给进程一个独一无二的PID。进程中止后PID被系统回收，可能会被继续分配给新运行的程序。

PID一列代表了各进程的进程ID,也就是说,PID就是各进程的身份标识。

只要运行一程序，系统会自动分配一个标识。

是暂时唯一：进程中止后，这个号码就会被回收，并可能被分配给另一个新进程。

只要没有成功运行其他程序，这个pid会继续分配给当前要运行的程序。

如果成功运行一个程序，然后再运行别的程序时，系统会自动分配另一个pid。

代码调试中的问题和解决过程

• 问题1：XXXXXX
• 问题1解决方案：XXXXXX
• 问题2：XXXXXX
• 问题2解决方案：XXXXXX
• ...

代码托管

（statistics.sh脚本的运行结果截图）

结对及互评

点评模板：

• 博客中值得学习的或问题：
  • xxx
  • xxx
  • ...
• 代码中值得学习的或问题：
  • xxx
  • xxx
  • ...
• 其他

本周结对学习情况

- [结对同学学号1](博客链接)
- 结对照片
- 结对学习内容
    - XXXX
    - XXXX
    - ...

其他（感悟、思考等，可选）

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	5000行	30篇	400小时
第八周	/	3/14	12/132

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」，到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要，也很有用。
耗时估计的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，训练次数多了，X、Y就接近了。

参考：软件工程软件的估计为什么这么难，软件工程 估计方法

• 计划学习时间:12小时

• 实际学习时间:20小时

• 改进情况：

(有空多看看现代软件工程 课件
软件工程师能力自我评价表)

参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导
• ...