信息安全系统设计与实现学习笔记7

一、知识点归纳以及自己最有收获的内容

1. 知识点归纳

第4章并发编程

并行
- 顺序算法——begin-end
  - 包含多个步骤，通过单个任务依次执行，每次执行一个步骤
- 并行算法——cobegin-end
  - 所有任务都是并行执行的，所有任务完成后执行下一个步骤
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。
线程
- 原理
  - 线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。
  - 线程是独立调度和分派的基本单位。线程可以为操作系统内核调度的内核线程。同一进程中的多条线程将共享该进程中的全部系统资源，如虚拟地址空间，文件描述符和信号处理等等。一个进程可以有很多线程，每条线程并行执行不同的任务。
  - 使用多线程程序设计的好处是显而易见，即提高了程序的执行吞吐率。
- 优点
  - 线程创建和切换速度更快，线程的响应速度更快，线程更适合并行计算。
- 缺点
  - 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系统上使用线程解决问题实际上要比使用顺序程序慢。
线程管理函数
- 创建线程
  - 使用pthread_create()函数创建线程
```
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);
```
  - attr参数的使用步骤：
    1. 定义一个pthread属性变量 pthread_attr_t attr。
    2. 用pthread_attr_init(&attr)初始化属性变量。
    3. 设置属性变量并在 pthread_create() 调用中使用。
    4. 必要时，通过 pthread_attr_destroy(&attr) 释放 attr 资源。
- 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);
```
  - 返回值：不同线程返回0，否则返回非0。
- 线程终止
  - 线程可以调用函数进行终止
```
void pthread_exit(void *status);
```
  - 返回值：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，通过函数终止线程的退出状态。
```
int pthread_join(pthread_t thread, void **status_ptr);
```
  - 返回值：以 status_ptr 返回。
- 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。
    - 两种方法可以初始化互斥址：
      - 静态方法：pthreaa-mutex_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。
      - 动态方法：使用 pthread_mutex_init() 函数，可通过 attr 参数设置互斥属性。
  - 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。
  - 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。
    - 条件变量可以通过两种方法进行初始化：
      - 静态方法——pthread_cond_t con = PTHREAD_COND_INITIALIZER；
      - 动态方法——使用 pthread_cond_init() 函数，通过 attr 参数设置条件变量。

526互联

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第4章 并发编程

第4章并发编程