20145324 《信息安全系统设计基础》第十三周学习总结
教材学习内容总结
•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：
①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
②I/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
③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。
基于进程的并发服务器
•构造并发程序最简单的方法就是使用进程
•需要一个SIGCHLD处理程序，来回收僵死子进程的资源
•父子进程必须关闭各自的connfd拷贝
•套接字的文件表表项中的引用计数，直到父子进程的connfd都关闭了，到客户端的连接才会终止
•进程的模型：共享文件表
•echo服务器必须响应两个相互独立的I/O时间：
①网络客户端发起连接请求
②用户在键盘上键入命令行
•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
•将描述符集合看成是n位位向量：b（n-1），……b1，b0
每个位bk对应于描述符k，当期仅当bk=1，描述符k才表明是描述符集合的一个元素。可以做以下三件事：
①分配它们
②将一个此种类型的变量赋值给另一个变量
③用FDZERO、FDSET、FDCLR和FDISSET宏指令来修改和检查它们
•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
•事件驱动器的设计优点：
①比基于进程的设计给了程序员更多的对程序行为的控制
②每个逻辑流都能访问该进程的全部地址空间
③不需要进程上下文切换来调度新的流。
•事件驱动器的设计缺点：
①编码复杂
②不能充分利用多核处理器
基于线程的并发编程
•线程：运行子啊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
•每个对等线程都能读写相同的共享数据
•Posix线程是在处理C程序中处理线程的一个标准接口
•线程例程：线程的代码和本地数据被封装在一个线程例程中。每一个线程例程都以一个通用指针作为输入，并返回一个通用指针
•通过pthread_create函数创建一个新的线程
•一个线程的终止方式：
①当顶层的线程例程返回时，线程会隐式的终止
②通过调用pthread_exit函数，线程会显示地终止。如果主线程调用pthread_exit，它会等待所有其他对等线程终止，然后再终止主线程和整个进程
③对某个对等线程调用Unix的exit函数，该函数终止进程以及所有与该进程相关的线程
④另一个对等线程通过以当前线程ID作为参数调用pthread_cancle函数来终止当前线程
•通过调用pthread_join函数等待其他线程终止
•在任何一个时间点上，线程是可结合的或者是分离的
•pthread_once函数允许初始化与线程例程相关的状态
多线程程序中的变量共享
•寄存器是从不共享的，而虚拟存储器总是共享的
•全局变量：虚拟存储器的读/写区域只会包含每个全局变量的一个实例
•本地自动变量：定义在函数内部但没有static属性的变量
•本地静态变量：定义在函数内部并有static属性的变量
•变量v是共享的，当且仅当它的一个实例被一个以上的线程引用
用信号量同步线程
•共享变量引入了同步错误的可能性
•线程i的循环代码分解为五部分：
Hi：在循环头部的指令块
Li：加载共享变量cnt到寄存器%eax的指令，%eax表示线程i中的寄存器%eax的值
Ui：更新（增加）%eax的指令
Si：将%eaxi的更新值存回到共享变量cnt的指令
Ti：循环尾部的指令块
•进度图将指令执行模式化为从一种状态到另一种状态的转换
•对于线程i，操作共享变量cnt内容的指令构成了一个临界区
•两个临界区的交集形成的状态空间区域称为不安全区域
•接触到任何不安全区的轨迹线就叫做不安全轨迹线
•二元信号量：将每个共享变量与一个信号量s联系起来，然后用P(S)和V(s)操作将这种临界区包围起来，这种方式来保护共享变量的信号量
•互斥锁：以提供互斥为目的的二元信号量
•计数信号量：一个被用作一组可用资源的计数器的信号量
•信号量的作用：
①提供互斥
②调度对共享资源的访问
•生产者—消费者问题：生产者产生项目并把他们插入到一个有限的缓冲区中，消费者从缓冲区中取出这些项目，然后消费它们
•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
•可重入函数：当它们被多个线程调用时，不会引用任何共享数据
•可重入函数是线程安全函数的一个真子集
•显式可重入：没有指针，没有引用静态或全局变量
•隐式可重入：允许它们传递指针
•竞争：当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点时，就会发生竞争
•死锁：一组线程被阻塞了，等待一个永远也不会为真的条件
•死锁是不可预测的
本周代码托管截图
http://git.oschina.net/SJZGM10/CSAPP2E/tree/master/src/12conc?dir
学习进度条
| 博客量（新增/累积） | 学习时间（新增/累积） | 重要成长 | |
|---|---|---|---|
| 目标 | 30篇 | 400小时 | |
| 第零周 | 1/1 | 20/20 | |
| 第一周 | 1/2 | 20/40 | |
| 第二周 | 1/3 | 20/60 | |
| 第三周 | 1/4 | 20/80 | |
| 第四周 | 1/5 | 20/100 | |
| 第五周 | 1/6 | 20/120 | |
| 第六周 | 1/7 | 20/140 | |
| 第七周 | 1/8 | 20/160 | |
| 第八周 | 5/13 | 20/180 | |
| 第九周 | 1/14 | 20/200 | |
| 第十周 | 1/15 | 20/220 | |
| 第十一周 | 1/16 | 20/240 | |
| 第十二周 | 1/17 | 20/260 | |
| 第十三周 | 1/18 | 20/280 |