自学教材第4章，提交学习笔记（10分），评分标准如下

1. 知识点归纳以及自己最有收获的内容，选择至少2个知识点利用chatgpt等工具进行苏格拉底挑战，并提交过程截图，提示过程参考下面内容 （4分）

“我在学***X知识点，请你以苏格拉底的方式对我进行提问，一次一个问题”

核心是要求GPT：“请你以苏格拉底的方式对我进行提问”

然后GPT就会给你提问，如果不知道问题的答案，可以反问AI：“你的理解（回答）是什么？”

如果你觉得差不多了，可以先问问GPT：“针对我XXX知识点，我理解了吗？”

GPT会给出它的判断，如果你也觉得自己想清楚了，可以最后问GPT：“我的回答结束了，请对我的回答进行评价总结”，让它帮你总结一下。


2. 问题与解决思路，遇到问题最先使用chatgpt等AI工具解决，并提供过程截图（3分）
3.   实践过程截图，代码链接（2分）
4.    其他（知识的结构化，知识的完整性等，提交markdown文档，使用openeuler系统等）（1分）

一、课本第四章内容总结

4.1并行计算导论

顺序算法与并行算法

并行性与并发性

通常，并行算法只识别可并行执行的任务，但是它没有规定如何将任务映射到处理组件。在理想情况下，并行算法中的所有任务都应该同时实时执行。然而，真正的并行执行只能在有多个处理组件的系统中实现，比如多处理器或多核系统。在单 CPU 系统中，一次只能执行一个任务。在这种情况下，不同的任务只能并发执行、即在逻辑上并行执行。在单CPU系统中，并发性是通过多任务处理来实现的。

4.2线程

原理

线程是某进程同一地址空间上的独立执行单元。

创建某个进程就是在一个唯一地址空间创建一个线程。当某进程开始时，就会执行该进程的主线程。如果只有一个主线程，那么进程和线程实际上并没有区别。但是，主线程可能会创建其他线程。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。

优点

与进程相比，有以下优点：

（1）创建和切换速度更快

（2）响应速度更快

（3）更适合并行计算

缺点

由于地址空间共享，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，例如strtok（）；

在单CPU系统上，使用线程解决间题实际上要比使用顺序程序慢，这是由在运行时创建线程和切换上下文的系统开销造成的。

4.3线程管理函数

1.创建线程

使用pthread_create()函数创建线程

如果成功则返回0,如果失败则返回错误代码。

其中，pthread_create()的参数为：

pthread_id是指向pthread_t类型变员的指针。它会被操作系统内核分配的唯一线程ID填充。在POSIX中,pthread_t是一种不透明的类型。线程可通过pthread_self()函数获得自己的ID。在Linux中，pthread_t类型被定义为无符号长整型，因此线程ID可以打印为%lu。
attr是指向另一种不透明数据类型的指针，它指定线程属性。
func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)

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);

2.线程ID

使用pthread_equal（）函数对线程ID进行比较

int pthread_equal(pthread_t t1,pthread_t t2);

3.线程终止

void pthread_exit(void *status);

4.线程连接

int pthread_join (pthread_t thread, void **status ptr);

4.4线程示例程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#define N 4
int A[N][N],sum[N];

void *func(void *arg)
{
        int j,row ;
        pthread_t tid = pthread_self();
        row = (int)arg;
        printf("Thread %d [%lu] computes sum of row %d\n",row,tid,row);
        for(j=0;j<N; j++)
                sum[row] += A[row][j];
        printf("Thread %d [%lu] done:sum [%d] =%d\n",row,tid,row,sum[row]);
        pthread_exit ((void*)0);
}
        int main(int argc, char *argv[])
{
        pthread_t thread[N];
        int i,j,r,total = 0;
        void *status;
        printf("Main: initialize A matrix\n");
        for(i=0; i<N;i++){
                sum[i] = 0;
                for(j=0;j<N;j++){
                        A[i][j]=i*N+j+1;
                        printf("%4d ",A[i][j]);
                }
                printf( "\n" );
        }
        printf ("Main: create %d threads\n",N);
        for(i=0;i<N;i++) {
                pthread_create(&thread[i],NULL,func,(void *)i);
        }
        printf("Main: try to join with thread\n");
        for(i=0; i<N; i++) {
                pthread_join(thread[i],&status);
                printf("Main: joined with %d [%lu]: status=%d\n",i,thread[i],
                                (int)status);
        }
        printf("Main: compute and print total sum:");
        for(i=0;i<N;i++)
                total += sum[i];
        printf ("tatal = %d\n",total );
        pthread_exit(NULL);
}

4.5线程同步

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。在使用之前必须对他们进行初始化。

死锁预防

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。在任何封锁协议中，误用加锁可能会产生一些问题。最常见和突出的问题是死锁。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。一种简单的死锁预防方法是对互斥量进行排序，并确保每个线程只在一个方向请求互斥量，这样请求序列中就不会有循环。