学习笔记7

顺序与并行

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。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。

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。

线程相比于进程有三个优点：
（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

线程有如下缺点：
（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

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，可写为：

 

void *func(void *arg)

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。

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。

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）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

实践

示例4.2演示

代码

 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
typedef struct{
	int upperbound;
	int lowerbound;
}PARM;
#define N 10
int a[N]={5,1,6,4,7,2,9,8,0,3}; 
int print(){
	int i;
	printf("[");
	for(i=0;i<N;i++)
		printf("%d ",a[i]);
	printf("]\n");
}
void *Qsort(void *aptr){
	PARM *ap, aleft, aright;
	int pivot, pivotIndex,left, right,temp;
	int upperbound,lowerbound;
	pthread_t me,leftThread,rightThread;
	me = pthread_self();
	ap =(PARM *)aptr;
	upperbound = ap->upperbound;
	lowerbound = ap->lowerbound;
	pivot = a[upperbound];
	left = lowerbound - 1;
	right = upperbound;
	if(lowerbound >= upperbound)
		pthread_exit (NULL);
	while(left < right){
		do{left++;} while (a[left] < pivot);
		do{right--;}while(a[right]>pivot);
		if (left < right ) {
			temp = a[left];a[left]=a[right];a[right] = temp;
		}
	}
	print();
	pivotIndex = left;
	temp = a[pivotIndex] ;
	a[pivotIndex] = pivot;
	a[upperbound] = temp;
	aleft.upperbound = pivotIndex - 1;
	aleft.lowerbound = lowerbound;
	aright.upperbound = upperbound;
	aright.lowerbound = pivotIndex + 1;
	printf("%lu: create left and right threadsln", me) ;
	pthread_create(&leftThread,NULL,Qsort,(void * )&aleft);
	pthread_create(&rightThread,NULL,Qsort,(void *)&aright);
	pthread_join(leftThread,NULL);
	pthread_join(rightThread, NULL);
	printf("%lu: joined with left & right threads\n",me);
}
	int main(int argc, char *argv[]){
	PARM arg;
	int i, *array;
	pthread_t me,thread;
	me = pthread_self( );
	printf("main %lu: unsorted array = ", me);
	print( ) ;
	arg.upperbound = N-1;
	arg. lowerbound = 0 ;
	printf("main %lu create a thread to do QS\n" , me);
	pthread_create(&thread,NULL,Qsort,(void * ) &arg);
	pthread_join(thread,NULL);
	printf ("main %lu sorted array = ", me);
	print () ;
}