第十二章 并发编程

程序级并发——进程

函数级并发——线程

三种基本的构造并发程序的方法：

进程

每个逻辑控制流是一个进程，由内核进行调度，进程有独立的虚拟地址空间

I/O多路复用

逻辑流被模型化为状态机，所有流共享同一个地址空间

线程

运行在单一进程上下文中的逻辑流，由内核进行调度，共享同一个虚拟地址空间

第一节 基于进程的并发编程

构造并发程序最简单的方法——用进程

常用函数如下：

forkexecwaitpid

构造并发服务器？

在父进程中接受客户端连接请求，然后创建一个新的子进程来为每个新客户端提供服务。

需要注意的事情：

1.父进程需要关闭它的已连接描述符的拷贝（子进程也需要关闭）

2.必须要包括一个SIGCHLD处理程序来回收僵死子进程的资源

3.父子进程之间共享文件表，但是不共享用户地址空间，这个在以前的学习过程中提到过

关于独立地址空间

1.优点：防止虚拟存储器被错误覆盖

2.缺点：开销高，共享状态信息才需要IPC机制

第二节 基于I/O多路复用的并发编程

就是使用select函数要求内核挂起进程，只有在一个或多个I/O事件发生后，才将控制返回给应用程序。

select函数处理类型为fd_set的集合，即描述符集合，并在逻辑上描述为一个大小为n的位向量，每一位b[k]对应描述符k，但当且仅当b[k]=1，描述符k才表明是描述符集合的一个元素。

描述符能做的三件事：

分配他们将一个此种类型的变量赋值给另一个变量用FD_ZERO、FD_SET、FD_CLR和FD_ISSET宏指令来修改和检查它们

什么时候可以读？

当且仅当一个从该描述符读取一个字节的请求不会阻塞时

注意：

每次调用select函数时都需要更新读集合

一、基于I/O多路复用的并发事件驱动服务器

事件驱动程序：将逻辑流模型化为状态机。

状态机：

状态输入事件转移

对于状态机的理解，参考EDA课程中学习的状态转换图的画法和状态机。

整体的流程是：

select函数检测到输入事件add_client函数创建新状态机check_clients函数执行状态转移（在课本的例题中是回送输入行），并且完成时删除该状态机。

几个需要注意的函数：

init_pool：初始化客户端池add_client：添加一个新的客户端到活动客户端池中check_clients：回送来自每个准备好的已连接描述符的一个文本行

二、I/O多路复用技术的优劣

1.优点

相较基于进程的设计，给了程序员更多的对程序程序的控制运行在单一进程上下文中，所以每个逻辑流都可以访问该进程的全部地址空间，共享数据容易实现可以使用GDB调试高效

2.缺点

编码复杂不能充分利用多核处理器

第三节 基于线程的并发编程

这种模式混合了以上两种方法

线程：就是运行在进程上下文中的逻辑流。

每个线程都有它自己的线程上下文：

一个唯一的整数线程ID——TID栈栈指针程序计数器通用目的寄存器条件码

一、线程执行模型

1.主线程

在每个进程开始生命周期时都是单一线程——主线程，与其他进程的区别仅有：它总是进程中第一个运行的线程。

2.对等线程

某时刻主线程创建，之后两个线程并发运行。

每个对等线程都能读写相同的共享数据。

3.主线程切换到对等线程的原因：

主线程执行一个慢速系统调用，如read或sleep被系统的间隔计时器中断

切换方式是上下文切换

对等线程执行一段时间后会控制传递回主线程，以此类推

4.线程和进程的区别

线程的上下文切换比进程快得多组织形式： 进程：严格的父子层次线程：一个进程相关线程组成对等（线程）池，和其他进程的线程独立开来。一个线程可以杀死它的任意对等线程，或者等待他的任意对等线程终止。

二、Posix线程

Posix线程是C程序中处理线程的一个标准接口。基本用法是：

线程的代码和本地数据被封装在一个线程例程中每个线程例程都以一个通用指针为输入，并返回一个通用指针。

这里需要提到一个万能函数的概念。

万能函数：

void func(void parameter) typedef void (uf)(void para)

即，输入的是指针，指向真正想要传到函数里的数据，如果只有一个就直接让指针指向这个数据，如果是很多就将它们放到一个结构体中，让指针指向这个结构体。后面这个方法就是万能函数的使用思想。

线程例程也是这样的。

三、创建线程

1.创建线程：pthread_create函数

#include <pthread.h> typedef void *(func)(void *); int pthread_create(pthread_t *tid, pthread_attr_t *attr, func *f, void *arg); 成功返回0，出错返回非0

创建一个新的线程，带着一个输入变量arg，在新线程的上下文运行线程例程f。

attr默认为NULL

参数tid中包含新创建线程的ID

2.查看线程ID——pthread_self函数

#include <pthread.h> pthread_t pthread_self(void); 返回调用者的线程ID（TID）

四、终止线程

1.终止线程的几个方式：

隐式终止：顶层的线程例程返回显示终止：调用pthread_exit函数 *如果主线程调用，会先等待所有其他对等线程终止，再终止主线程和整个进程，返回值为pthread_return某个对等线程调用Unix的exit函数，会终止进程与其相关线程另一个对等线程通过以当前线程ID作为参数调用pthread_cancle来终止当前线程

2.pthread_exit函数

#include <pthread.h> void pthread_exit(void *thread_return); 若成功返回0，出错为非0

3.pthread_cancle函数

#include <pthread.h> void pthread_cancle(pthread_t tid); 若成功返回0，出错为非0

五、回收已终止线程的资源

用pthread_join函数：

#include <pthread.h> int pthread_join(pthread_t tid,void **thrad_return);

这个函数会阻塞，知道线程tid终止，将线程例程返回的(void*)指针赋值为thread_return指向的位置，然后回收已终止线程占用的所有存储器资源

六、分离线程

在任何一个时间点上，线程是可结合的，或是分离的。

1.可结合的线程

能够被其他线程收回其资源和杀死被收回钱，它的存储器资源没有被释放每个可结合线程要么被其他线程显式的收回，要么通过调用pthread_detach函数被分离

2.分离的线程

不能被其他线程回收或杀死存储器资源在它终止时由系统自动释放

3.pthread_detach函数

#include <pthread.h> void pthread_detach(pthread_t tid); 若成功返回0，出错为非0

这个函数可以分离可结合线程tid。

线程能够通过以pthread_self()为参数的pthread_detach调用来分离他们自己。

每个对等线程都应该在他开始处理请求之前分离他自身，以使得系统能在它终止后回收它的存储器资源。

七、初始化线程：pthread_once函数

#include <pthread.h> pthread_once_t once_control = PTHREAD_ONCE_INIT; int pthread_once(pthread_once_t *once_control, void (*init_routine)(void)); 总是返回0

八、基于线程的并发服务器中的注意事项

1.调用pthread_create时，如何将已连接描述符传递给对等进程？

传递指针。

2.竞争问题？

见第七节。

3.避免存储器泄露？

必须分离每个线程，使它终止时它的存储器资源能被收回。

转载于:https://www.cnblogs.com/KG35/p/5024698.html