学习笔记7

第四章 并发编程

线程

　　在进程模型中，进程是独立的执行单元。所有进程均在内核模式或用户模式下执行。

　　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，但只有一个执行路径。

　　线程是某进程同一地址空间上独立执行单元。创建某个进程就是在一个唯一地址空间创建一个主线程，线程又可以创建线程，但某进程的所有线程都在该进程的相同地址空间中执行。

　　线程共享进程的许多资源。

    线程的优点：

　　线程创建和切换速度更快：

　　　　进程的上下文复杂而庞大，要想创建新的进程，操作系统必须为进程分配内存表并构建页表，而创建线程不用。

　　　　进程切换涉及将一个进程的复杂分页环境切换为另一个，相比之下线程切换只需操作系统内核切换执行点，而不需要更改进程映像。

　　线程的响应速度更快：

　　　　一个进程只有一个执行路径，当某个进程被挂起时，整个进程都将停止执行；相反，某个线程被挂起时，同一进程中的其他线程可以继续执行。

　　线程更适合并行计算：

　　　　并行计算的目标是使用多个执行路径更快地解决问题。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来提高计算速度。

　　　　在进程模型中，各进程不能有效共享数据，对此，进程必须使用进程间通信（IPC）来交换数据或使用其他方法将公用数据区包含到其地址空间中。

    线程的缺点：

　　由于地址共享，线程需要来自用户的明确同步

　　许多库函数可能对线程不安全

　　在单CPU系统中更慢

线程操作

　　线程的执行轨迹与进程类似。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，变为挂起、激活以继续执行等。

线程管理函数

　　Pthread库提供了用于线程管理的以下API:

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

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

  线程ID

  int pthread_equal (pthread_t t1, pthread_t t2);

  线程终止

  int pthread_exit (void *status);

  线程连接

  int pthread_join (pthread_t thread,void **status_ptr);

    一个线程可以等待另一个线程的终止，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统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，则称之为竞争条件。

  为防止出现竞态条件并且支持线程协作，线程需要同步。

  通常，同步是一种机制和规则，用于确保共享数据对象的完整性和并发执行实体的协调性。它可以用于内核模式下的进程，也可以应用于用户模式下的线程。

  互斥量

  最简单的同步工具是锁，在pthread中被称为互斥量，意思是相互排斥。

  互斥量使用封锁协议。如果某线程不能获取互斥量，就会被阻塞，等待互斥量解锁后再继续。

  但交叉等待会出现死锁

  条件变量

  当使用条件变量时，线程必须获取相关的互斥量。然后，它在互斥量的临界区内执行操作，释放互斥量

  信息量

  信息量是进程同步的一般机制。

struct sem{
    int value;                //semaphore (counter) value;
    struct progress *queue    //a queue of blocked processes
}s;

  信息量和条件变量之间的主要区别是前者包含一个计数器，可操作计数器，测试计数器值以做出决策；而后者需要一个特定的互斥量来执行临界区。

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