《信息安全系统设计与实现》学习笔记7

一、学习笔记

1.顺序算法与并行算法

begin-end代码块中的顺序算法可能包含多个步骤。所有步骤都是通过单个任务依次执行的，每次执行一个步骤。当所有步骤执行完成时，算法结束。相反，cobegin-coend代码块来指定并行算法的独立任务。在cobegin-coend块中.所有 任务都是并行执行的，紧接着cobegin-coend代码块的下一个步骤将只在所有这些任务完成之后执行。

2.线程

创建某个进程就是在一个唯一地址空间创建一个主线程。当某进程开始时，就会执行该进程的主线程。每个线程又可以创建更多的线程等。某进程的所有线程都在该进程的相同地址空间中执行，但每个线程都是一个独立的执行单元。

线程有如下优点：
（1）线程创建和切换速度更快
（2）线程的响应速度更快
（3）线程更适合并行计算

线程有如下优点：
（1）由于地址空间共享，线程需要来自用户的明确同步
（2）许多库函数可能对线程不安全
（3）在单CPU系统上，使用线程解决问题实际上要比使用顺序程序慢

3.创建线程

使用pthread_create()函数创建线程。
int pthread_create (pthread_t *pthread_id, pthread_attr_t *attr, void *(*func)(void *), void *arg);
如果成功则返回0,如果失败则返回错误代码。其中：
pthread_id是指向pthread_t类型变量的指针，它会被操作系统内核分配的唯一线程ID填充。
attr是指向另一种不透明数据类型的指针，它指定线程属性
fimc是要执行的新线程函数的入口地址。
arg是指向线程函数参数的指针。

4.线程 ID

线程ID是一种不透明的数据类型，取决于实现情况。因此，不应该直接比较线程ID。 如果需要，可以使用pthread_equal()函数对它们进行比较。
int pthread_equal (pthread_t tl, pthread_t t2);
如果是不同的线程，则返回0,否则返回非0。

5.线程终止

线程函数结束后，线程即终止。或者，线程可以调用函数
int pthread_exit (void *status);
进行显式终止，其中状态是线程的退出状态。通常，0退出值表示正常终止，非0值表示异常终止。

6.线程连接

一个线程可以等待另一个线程的终止，通过：
int pthread_join (pthread_t thread, void **status_ptr);
终止线程的退出状态以status_ptr返回。

7.线程同步

由于线程在进程的同一地址空间中执行，它们共享同一地址空间中的所有全局变量和数据结构。当多个线程试图修改同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，则称之为竞态条件。为了防止出现竞态条件并且支持线程协作，线程需要同步。

（1）锁（互斥量）

最简单的同步工具是锁，它允许执行实体仅在有锁的情况下才能继续执行,在Pthread 中，锁被称为“互斥量”，意思是相互排斥。互斥变量是用pthread_mutex_t类型声明的，在使用之前必须对它们进行初始化。有两种方法可以初始化互斥量。
①静态方法，如；
pthread_rautex_t m = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
定义互斥量m,并使用默认属性对其进行初始化。
②动态方法，使用pthread_mutex_init()函数，可通过attr参数设置互斥属性；

(2)死锁预防

死锁是一种状态，在这种状态下，许多执行实体相互等待，因此都无法继续下去。有多种方法可以解决可能的死锁问题，其中包括死锁预防、死锁规避、死锁检测和恢复等。在实际系统中，唯一可行的方法是死锁预防，试图在设计并行算法时防止死锁的发生。

(3)条件变量

作为锁，互斥量仅用于确保线程只能互斥地访问临界区中的共享数据对象。条件变量提供了一种线程协作的方法。在Pthread中，使用类型pthread_cond_t来声明条件变量，而且必须在使用前进行初始化。与互斥量一样，条件变量也可以通过两种方法进行初始化。
①静态方法，在声明时，如：
pthread_cond_t con = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
定义一个条件变量con,并使用默认属性対其进行初始化。
②另一种是动态方法，使用pthread_cond_init()函数，可通过attr参数设置条件变量 为简便起见，我们总是使用NULL attr参数作为默认属性。

（4）屏障

线程连接操作允许某线程(通常是主线程)等待其他线程终止。在等待的所有线程都终 止后，主线程可创建新线程来继续执行并行程序的其余部分。创建新线程需要系统开销。在 某些情况下，保持线程活动会更好，但应要求它们在所有线程都达到指定同步点之前不能继续活动。在Pthreads中，可以采用的机制是屏障以及一系列屏障函数。

创建屏障步骤
①主线程创建一个屏障对象pthread_barrier_t barrier;
②调用pthread_barrier_init(&barrier NULL, nthreads)；,用屏障中同步的线程数字对它进行初始化
③工作线程使用pthread_barrier_wait(&barrier)在屏障中等待指定数量的线程到达屏障

（5）Linux中的线程

与许多其他操作系统不同，Linux不区分进程和线程。对于Linux内核，线程只是一个 与其他进程共享某些资源的进程。在Linux中，进程和线程都是由clone()系统调用创建的

二、问题与解决办法

1.运行书上代码

可得，与书上代码运行结果一致

三、学习感悟

线程这一部分在操作系统我们也学过，所以自学起来不是很困难，线程在某些方面具有很大的优势，所以随着学习的深入，我们要学会应用线程来优化算法，比如书上的例子，像求矩阵的和、快速排序等等。这次自己在虚拟机上运行了代码，但是有的代码没运行成功，有时间我会再研究一下失败的原因