并发程序的基本概念
- 程序顺序性
- 内部顺序性：CPU 严格按照顺序执行指令
- 外部顺序性：程序员设计程序时往往用顺序设计的思想
- 顺序程序特性
- 程序执行的顺序性
- 计算环境的封闭性：程序执行时犹如独占资源
- 计算结果的确定性
- 计算过程的可再现性
- 并发进程
- 无关的并发进程：一组并发进程，在不同变量集上运行
- 交往的并发进程：一组并发进程，共享某些变量，相互影响
- 并发进程制约关系
- 进程互斥：争夺某一个资源
- 进程同步：共同完成某一个任务，协调先后顺序
- 发生问题：
- 与时间有关的错误：结果错误、永远等待
- 临界区：
- 临界资源：一次只能被一个进程使用的资源（互斥共享变量）
- 临界区：是个程序段，是并发进程中与互斥共享变量相关的程序段
- 相关的临界区：两个进程的临界区有相同的临界资源（必须互斥进入）
- 问题：
- 多个并发进程访问临界资源存在制约关系
- 如果两个进程同时处在相关的临界区，会发生与时间有关的错误
- 临界区管理的要求：
- 一次至多允许一个进程停留在相关临界区
- 一个进程不能无限制停留在临界区内
- 一个进程不能无限制等待进入临界区内
- 临界区嵌套使用
并发程序控制和问题
- 临界区管理实现：
- 思路：判断锁和获取锁要作为原子操作，不然会死锁或时间错误
- 实现：
- 原子指令：测试并建立锁指令、对换指令（忙式等待，效率不高）
- 中断控制：进出临界区时开关中断，这样临界区执行时就不会被中断，自然实现了原子性
- 这个时操作系统的原语，是操作系统解决这个问题的办法
- 不建议用户程序使用，因为无法保证程序员设计出短小精悍的原语
- PV操作：用信号量，“申请 - 等待队列 - 中断恢复”
- 生产者消费者问题：
- 进程间通信
- 信号量：低级通信方式
- 信件：进程通信机制（直接通信、间接通信）
- 基于流：多个进程共同使用一个缓冲区
- RPC：远程过程调用
- 死锁
- 概念：两个进程分别等待对方占有的资源
- 死锁的产生
- 互斥：进程互斥地使用资源
- 占有和等待：一个进程得不到资源，就等待且不释放已有资源
- 不剥夺：进程不能从另一个进程抢走资源
- 循环等待：每个进程都等待它前一个进程所持有的资源
- 死锁的防止
- 破坏上述四个条件之一即可
- eg. 层次分配：资源分成多个层次，一个进程获得某个资源后只能获得比他层次更高的资源
- 死锁的避免：银行家算法
- 死锁的检测：
- 算法：warshall 闭包