2018-2019-1 20165228 《信息安全系统设计基础》第八周学习总结

教材学习内容总结

并发编程

• 并发：逻辑控制流在时间上重叠
• 并发程序：使用应用级并发的应用程序称为并发程序。

  三种基本的构造并发程序的方法：

• 进程，用内核来调用和维护，有独立的虚拟地址空间，显式的进程间通信机制。
• I/O多路复用，应用程序在一个进程的上下文中显式的调度控制流。逻辑流被模型化为状态机。

  线程，运行在一个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。

• 基于进程的并发编程

  构造并发程序最简单的方法就是用进程。

• 一个构造并发服务器的自然方法就是，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。

  基于进程的并发服务器

• 通常服务器会运行很长的时间，所以我们必须要包括一个 SIGCHLD 处理程序，来回收僵死 (zombie) 子进程的资源。当 SIGCHLD 处理程序执行时， SIGCHLD 信号是阻塞的，而 Unix 信号是不排队的。
• 父子进程必须关闭它们各自的 connfd 拷贝。父进程必须关闭它的已连接描述符，以避免存储器泄漏。直到父子进程的 connfd 都关闭了，到客户端的连接才会终止。

进程的优劣

• 优点：一个进程不可能不小心覆盖另一个进程的虚拟存储器，这就消除了许多令人迷惑的错误。
• 缺点：独立的地址空间使得进程共享状态信息变得更加困难。为了共享信息，它们必须使用显式的IPC(进程间通信)机制。基于进程的设计的另一个缺点是，它们往往比较慢，因为进程控制和 IPC 的开销很高。

基于 I/O 多路复用的并发编程

• I/O多路复用技术的基本思路：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
• 状态机就是一组状态、输入事件和转移，转移就是将状态和输入时间映射到状态，自循环是同一输入和输出状态之间的转移。

  I/O 多路复用技术的优劣

• 优点：

  它比基于进程的设计给了程序员更多的对程序行为的控制。

  一个基于 I/O 多路复用的事件驱动服务器是运行在单一进程上下文中的，因 此每个逻辑流都能访问该进程的全部地址空间。

• 缺点：编码复杂且不能充分利用多核处理器。

  基于线程的并发编程

• 线程：运行在进程上下文中的逻辑流。

线程有自己的线程上下文，包括一个唯一的整数线程ID、栈、栈指针、程序计数器、通用目的寄存器和条件码。所有运行在一个进程里的线程共享该进程的整个虚拟地址空间

主线程：每个进程开始生命周期时都是单一线程。

对等线程：某一时刻，主线程创建的对等线程。

• 进度图

  进度图是将n个并发线程的执行模型化为一条n维笛卡尔空间中的轨迹线，原点对应于没有任何线程完成一条指令的初始状态。

• 转换规则：

  合法的转换是向右或者向上，即某一个线程中的一条指令完成

  两条指令不能在同一时刻完成，即不允许出现对角线

  程序不能反向运行，即不能出现向下或向左

  信号量定义：

type semaphore=record
count: integer;
queue: list of process
end;
var s:semaphore;

读者—写者问题：

（1）读者优先，要求不让读者等待，除非已经把使用对象的权限赋予了一个写者。

（2）写者优先，要求一旦一个写者准备好可以写，它就会尽可能地完成它的写操作。

（3）饥饿就是一个线程无限期地阻塞，无法进展。

其他并发问题

• 线程安全

  当且仅当被多个并发线程反复地调用时，它会一直产生正确的结果。

• 可重入性

  显式可重入的：所有函数参数都是传值传递，没有指针，并且所有的数据引用都是本地的自动栈变量，没有引用静态或全剧变量。

  隐式可重入的：调用线程小心的传递指向非共享数据的指针。

竞争

• 发生的原因：一个程序的正确性依赖于一个线程要在另一个线程到达y点之前到达它的控制流中的x点。也就是说，程序员假定线程会按照某种特殊的轨迹穿过执行状态空间，忘了一条准则规定：线程化的程序必须对任何可行的轨迹线都正确工作。
• 消除方法：动态的为每个整数ID分配一个独立的块，并且传递给线程例程一个指向这个块的指针

  死锁

• 死锁：一组线程被阻塞了，等待一个永远也不会为真的条件。

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