2018-2019-1 20165330 《信息安全系统设计基础》第八周学习总结

学习目标

• 掌握三种并发的方式：进程、线程、I/O多路复用
• 掌握线程控制及相关系统调用
• 掌握线程同步互斥及相关系统调用

学习内容

基于进程的并发编程

• 用进程构造并发程序
  • 服务器接收客户端的连接请求
    
  • 服务器派生一个子进程为这个客户端服务
    
  • 服务器接受另一个连接请求
    
  • 服务器派生另一个子进程为新的客户端服务
    

基于I/O多路复用的并发编程

• I/O多路复用
  • 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
  • select函数

     #include <sys/select.h>
     int select(int n,fd_set *fdset,NULL,NULL,NuLL);
     FD_ZERO(fd_set *fdset); /* Clear all bits in fdset */
     FD_CLR(int fd,fd_set *fdset); /* Clear bit fd in fdset */
     FD_SET(int fd,fd_set *fdset); /* Turn on bit fd in fdset */
     FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset); /* Is bit fd in fdset on? */
                                                 处理描述符集合的宏
    

• 并发事件驱动服务器
  • 每个输入事件都会引发一个从当前状态到下一状态的转移。
  • 服务器使用I/O多路复用，借助select函数检测输入事件的发生。当每个已连接描述符准备好可读时，服务器就为相应的状态机执行转移。
  • 对于每个新的客户端k，基于I/O多路复用的并发服务器会创建一个新的状态机Sk，并将它和已连接描述符dk联系起来。
    

基于线程的并发编程

• 创建线程

     #include <pthread.h>
     typedef void *(func)(void *);
     int pthread_create(pthread_t *tid,pthread_attr_t *attr,func *f,void *arg);
  

• 初始化线程

     #include <pthread.h>
     pthread_once_t once_control = PTHREAD_ONCE_INIT;
     int pthread_once(pthread_once_t *once_control,void (*init_routine)(void));
  

• 获取线程ID

      #include <pthread.h>
      pthread_t pthread_self(void);
  

• 终止线程

  • 显示地终止

     #include <pthread.h>
     void pthread_exit(void *thread_return);
    

  • 以当前线程ID为参数调用pthread_cancel函数终止当前线程

     #include <pthread.h>
     int pthread_cancel(pthread_t tid);
    

• 回收已终止的资源

     #include <pthread.h>
     int pthread_join(pthread_t tid,void **thread_return);
  

线程同步互斥

• 信号量用在多线程多任务同步的，一个线程完成了某一个动作就通过信号量告诉别的线程，别的线程再进行某些动作
  • P操作：如果s是非零的，那么P将减1，并且立即返回。如果s为零，那么就挂起这个线程，知道s变为非零，而一个V操作 会重启这个线程。在重启之后，P操作将s减1，并将控制返回给调用者
  • V操作：V操作将s加1。如果有任何线程阻塞在P操作等待s变成非零那么V操作会重启这些线程中的一个，然后该线程将s减1，完成它的P操作。
• Linux下编译命令
  • gcc XXX.c -lpthread -o XXXX
  • gcc XXX.c -pthread -o XXXX
• 线程互斥
  • 多个线程之间有共享资源时会出现互斥现象。
  • 当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程（线程）必须等待, 当占用临界资源的进程退出临界区后，另一进程才允许去访问此临界资源。

   #include <pthread.h>
   int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mutex);
   int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
   pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
  

• 线程同步
  • 程相互等待
  • 当线程A使用某个对象，而此对象又需要线程B修改后才能符合本线程的需要，此时线程A就要等待线程B完成修改工作

   #include <pthread.h>
   int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
   int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);
   pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
  

• 互斥锁
  • 获得锁的线程可以完成“读-修改-写”的操作，然后释放锁给其它线程
  • 没有获得锁的线程只能等待而不能访问共享数据

   #include <pthread.h>
    int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
    int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
    pthread_mutex_t unlock(pthread_mutex_t *mutex);
  

• 线程不安全函数类
  • 不保护共享变量的函数
  • 保持跨越多个调用的状态的函数
  • 返回指向静态变量指针的函数
  • 调用线程不安全函数的函数
• 线程与进程

功能	进程	线程
创建	fork	pthread_create
等待	wait/waitpid	pthread_join
终止	exit/_exit	pthread_exit
ID	getpid/getppid	pthread_self
互斥	semaphore	mutex/semaphore
同步	semaphore	cond var/semaphore