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2017-2018-1 20155217 《信息安全系统设计基础》第八周学习总结

Posted on 2017-11-11 20:00  20155217杨笛  阅读(158)  评论(0)  编辑  收藏  举报

2017-2018-1 20155217 《信息安全系统设计基础》第八周学习总结

第八周课下作业2（课上没完成的必做）

- 把课上练习3的daytime服务器分别用多进程和多线程实现成并发服务器并测试
- 提交博客链接
  • 因为之前在实验楼里做的实践，没有办法从外网上找相关运行代码，所以没有完成。课下重新安装了虚拟机，本次课下作业便是在虚拟机里完成的。

多线程

echoserveri.c ：

echoclient.c：

多进程

echoserverp.c:
#include "csapp.h"
void echo(int connfd) 
{

    size_t n; 
    char buf[MAXLINE]; 
    rio_t rio;
    Rio_readinitb(&rio, connfd)；
    
    while((n = Rio_readlineb(&rio, buf, MAXLINE)) != 0)
    {
        printf("server received %d bytes\n", n);

        Rio_writen(connfd, buf, n);
    }
}
void sigchld_handler(int sig) 
{
    while (waitpid(-1, 0, WNOHANG) > 0)
    ;
    return;
}



int main(int argc, char **argv) 
{
    int listenfd, connfd, port, clientlen=sizeof(struct sockaddr_in);
    struct sockaddr_in clientaddr;
    if (argc != 2)
    {
       fprintf(stderr, "usage: %s <port>\n", argv[0]);

       exit(0);
    }
    port = atoi(argv[1]);
    Signal(SIGCHLD, sigchld_handler);
    listenfd = Open_listenfd(port);
    while (1)
    {
       connfd = Accept(listenfd, (SA *) &clientaddr, &clientlen);
       if (Fork() == 0)
       { 

          Close(listenfd); 
          echo(connfd);   
          Close(connfd);  
          exit(0);        
    }
    Close(connfd); /* Parent closes connected socket (important!) */
    }

}
  • 代码运行截图：

教材学习内容总结

第十二章 并发编程

  1. 并发：逻辑控制流在时间上重叠

  2. 并发程序：使用应用级并发的应用程序称为并发程序

  3. 三种基本的构造并发程序的方法：

（1）进程，用内核来调用和维护，有独立的虚拟地址空间，显式的进程间通信机制。 
（2）I/O多路复用，应用程序在一个进程的上下文中显式的调度控制流。逻辑流被模型化为状态机。 
（3）线程，运行在一个单一进程上下文中的逻辑流。由内核进行调度，共享同一个虚拟地址空间。

12.1 基于进程的并发编程

  1. 构造并发服务器的自然方法就是，在父进程中接受客户端连接请求，然后创建一个新的子进程来为每个新客户端提供服务。

  2. 因为父子进程中的已连接描述符都指向同一个文件表表项，所以父进程关闭它的已连接描述符的拷贝是至关重要的，而且由此引起的存储器泄露将最终消耗尽可用的存储器，使系统崩溃。

12.1.1 基于进程的并发服务器
（1）需要一个SIGCHLD处理程序，来回收僵死子进程的资源。 
（2）父子进程必须关闭各自的connfd拷贝。对父进程尤为重要，以避免存储器泄露。 
（3）套接字的文件表表项中的引用计数，直到父子进程的connfd都关闭了，到客户端的连接才会终止。

12.2 基于I/O多路复用的并发编程

  • echo服务器必须响应两个相互独立的I/O时间：
（1）网络客户端发起连接请求
（2）用户在键盘上键入命令行。
  • I/O多路复用技术的基本思路：使用select函数，要求内核挂起进程，只有在一个或多个I/O事件发生后，才将控制返回给应用程序。
  • 将描述符集合看成是n位位向量：b（n-1），……b1，b0
    每个位bk对应于描述符k，当期仅当bk=1，描述符k才表明是描述符集合的一个元素。可以做以下三件事：
（1）分配它们；
（2）将一个此种类型的变量赋值给另一个变量；
（3）用FDZERO、FDSET、FDCLR和FDISSET宏指令来修改和检查它们。
12.2.2 I/O多路复用技术的优势
  • 事件驱动器的设计优点：
（1）比基于进程的设计给了程序员更多的对程序行为的控制 
（2）运行在单一进程上下文中，因此，每个逻辑流都能访问该进程的全部地址空间，使得流之间共享数据变得很容易。 
（3）不需要进程上下文切换来调度新的流。
  • 缺点：
（1）编码复杂 
（2）不能充分利用多核处理器

12.3 基于线程的并发编程

  • 线程：运行子啊进程上下文中的逻辑流。

  • 线程有自己的线程上下文，包括一个唯一的整数线程ID、栈、栈指针、程序计数器、通用目的寄存器和条件码。所有运行在一个进程里的线程共享该进程的整个虚拟地址空间。

12.3.1 线程执行模型
  • 线程与进程的不同：
（1）线程的上下文切换要比进程的上下文切换快得多； 
（2）和一个进程相关的线程组成一个对等池，独立于其他线程创建的线程。 
（3）主线程和其他线程的区别仅在于它总是进程中第一个运行的线程。
  • 对等池的影响
（1）一个线程可以杀死它的任何对等线程； 
（2）等待它的任意对等线程终止； 
（3）每个对等线程都能读写相同的共享资源。
12.3.4 终止线程
  • 终止方式：
（1）当顶层的线程例程返回时，线程会隐式的终止；    
（2）通过调用pthread _exit函数，线程会显示地终止。如果主线程调用pthread _exit，它会等待所有其他对等线程终止，然后再终止主线程和整个进程。
12.3.6 分离线程

  • 在任何一个时间点上，线程是可结合的或者是分离的。一个可结合的线程能够被其他线程收回其资源和杀死；一个可分离的线程是不能被其他线程回收或杀死的。它的存储器资源在它终止时有系统自动释放。

  • 默认情况下，线程被创建成可结合的，为了避免存储器漏洞，每个可集合的线程都应该要么被其他进程显式的回收，要么通过调用pthread _detach函数被分离。

12.4 多线程程序中的变量共享

12.4.2 将变量映射到存储器

  1. 全局变量：虚拟存储器的读/写区域只会包含每个全局变量的一个实例。

  2. 本地自动变量：定义在函数内部但没有static属性的变量。

  3. 本地静态变量：定义在函数内部并有static属性的变量。

12.5 用信号量同步线程

  • 线程i的循环代码分解为五部分：
Hi：在循环头部的指令块 
Li：加载共享变量cnt到寄存器%eax的指令，%eax表示线程i中的寄存器%eax的值 
Ui：更新（增加）%eax的指令 
Si：将%eaxi的更新值存回到共享变量cnt的指令
Ti：循环尾部的指令块。
12.5.3 使用信号量来实现互斥

  • 二元信号量：将每个共享变量与一个信号量s联系起来，然后用P(S)和V(s)操作将这种临界区包围起来，这种方式来保护共享变量的信号量。

  • 互斥锁：以提供互斥为目的的二元信号量

  • 加锁：一个互斥锁上执行P操作称为对互斥锁加锁，执行V操作称为对互斥锁解锁。对一个互斥锁加了锁但还没有解锁的线程称为占用了这个互斥锁。

  • 计数信号量：一个呗用作一组可用资源的计数器的信号量

12.5.4 利用信号量来调度共享资源
  • 读者—写者问题：
（1）读者优先，要求不让读者等待，除非已经把使用对象的权限赋予了一个写者。 
（2）写者优先，要求一旦一个写者准备好可以写，它就会尽可能地完成它的写操作。 
（3）饥饿就是一个线程无限期地阻塞，无法进展。

12.7 其他并发问题

  • 线程安全：当且仅当被多个并发线程反复地调用时，它会一直产生正确的结果。

  • 线程不安全：如果一个函数不是线程安全的，就是线程不安全的。

  • 线程不安全的类：

(1)不保护共享变量的函数 
(2)保持跨越多个调用的状态的函数。 
(3)返回指向静态变量的指针的函数。解决办法：重写函数和加锁拷贝。
(4)调用线程不安全函数的函数。
12.7.2 可重入性

  1. 可重入函数：当它们被多个线程调用时，不会引用任何共享数据。可重入函数是线程安全函数的一个真子集 。

  2. 关键思想是我们用一个调用者传递进来的指针取代了静态的next变量。

  3. 显式可重入：没有指针，没有引用静态或全局变量

隐式可重入：允许它们传递指针

  1. 可重入性即使调用者也是被调用者的属性，并不只是被调用者单独的属性。

教材学习中的问题和解决过程

  • 问题1：怎样会造成死锁状态？
  • 问题1解决方案：程序员使用P和V操作不当，以至于两个信号量的禁止区域重叠。且死锁状态是不可预测的。
  • 问题2：线程对等池的影响是什么？
  • 问题2解决方案：（1）一个线程可以杀死它的任何对等线程；（2）等待它的任意对等线程终止；（3）每个对等线程都能读写相同的共享资源。

代码调试中的问题和解决过程

  • 问题1：condvar
  • 解决方案：由于调用了pthread，gcc编译的时候要加上-lpthread选项。在pthread库中通过条件变量来阻塞等待一个条件，或者唤醒等待这个条件的线程。

代码托管

结对及互评

点评模板：

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

本周结对学习情况

- [20155236](http://www.cnblogs.com/fcgfcgfcg/)
- 结对照片
- 结对学习内容
     12.4.1 线程存储器模型

     1、每个线程和其他线程一起共享进程上下文的剩余部分。包括整个用户虚拟地址空间，是由只读文本、读/写数据、堆以及所有的共享库代码和数据区域组成的。线程也共享同样的打开文件的集合。

     2、任何线程都可以访问共享虚拟存储器的任意位置。寄存器是从不共享的，而虚拟存储器总是共享的。

    12.4.2 将变量映射到存储器

    1、全局变量：虚拟存储器的读/写区域只会包含每个全局变量的一个实例。

    2、本地自动变量：定义在函数内部但没有static属性的变量。

    3、本地静态变量：定义在函数内部并有static属性的变量。

    12.4.3 共享变量

    变量v是共享的，当且仅当它的一个实例被一个以上的线程引用。

其他（感悟、思考等，可选）

第十二章的很多内容是和前面联系在一起，现在看来可以理解的知识，如果是在刚开学的时候去读，就未必理解得了，也从一个角度说明慢慢积累的重要性，也可以说“厚积薄发”吧。

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
第一周 200/200 2/2 20/20
第二周 300/500 2/4 18/38
第三周 500/1000 3/7 22/60
第四周 300/1300 2/9 30/90

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:XX小时

  • 实际学习时间:XX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