第四章学习笔记

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一、学习笔记

1.并行计算导论

Linux 环境中有很多应用程序和很多进程,其中最重要的是客户端网络/服务器。 多进程服务器是指当客户端发出请求时,服务器使用子进程来处理客户端的请求。 父进程继续等待来自其他客户端的请求。 这种方法的优点是服务器可以在客户端请求时管理客户端,特别是在交互式客户端/服务器系统中。 对于 TCP 服务器,客户端和服务器之间的连接可能不会立即关闭。 客户端发送数据后可以关闭连接。 在此期间,服务器端进程被阻塞,操作系统可能会设置其他计划。 此时的客户服务流程。 与循环服务器相比,该服务的性能得到了显着提高。
1.1顺序算法与并行算法
顺序算法:begin-end代码块列出算法。可包含多个步骤,所有步骤通过单个任务依次执行,每次执行一个步骤,全执行完,算法结束。
begin
step_1
step_2
···
step_n
end
并行算法:cobegin-coend代码块来指定独立任务,所有任务都是并行执行的,紧接着代码块的下一个步骤将只在所有这些任务完成之后执行。
cobegin
task_1
task_2
···
task_n
coend
1.2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。

2.线程

2.1线程的原理
简单来说,线程是某进程同一地址空间上的独立执行单元。
2.2线程的优点,缺点
优点:
(1)线程创建和切换速度更快
(2)线程的响应速度更快
(3)线程更适合并行计算
缺点:
(1)由于地址空间共享,线程需要来自用户的明确同步。
(2)许多库函数可能对线程不安全。通常,任何使用全局变量或依赖于静态内存内容的函数,线程都不安全。
(3)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

3.线程操作

线程的执行轨迹与进程类似。线程可在内核模式或用户模式下执行。
内核模式:对内核进行系统调用,变为挂起、激活以继续执行等。
用户模式:线程在进程的相同地址空间中执行,每个线程都有自己的堆栈。

4.线程管理函数

4.1创建线程
pthread_create函数。如下:
pthread_create(thread, attr, function, arg): create thread
pthread_exit(status) : terminate thread
pthread_cancel(thread) : cancel thread
pthread_attr_init(attr) : initialize thread attributes
pthread_attr_destroy(attr): destroy thread attribute
4.2线程ID
一种不透明的数据类型,取决于实现情况
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);//比较线程ID
4.3线程终止
线程函数结束后,即终止。
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
4.4线程连接
int pthread_join(pthread_t thread, void **status_ptr);//终止线程的退出状态以status_ptr返回

5.线程实例程序(见实践过程及截图)

6.线程同步

当多个线程试图修改同一共享变量或数据结构时,如果修改结果取决于线程的执行顺序,则称之为竞态条件。在并发程序中,绝不能有竞态条件。
6.1互斥量
在Pthread中,互斥量也被称为“锁”,意为互相排斥。允许执行实体仅在有锁的情况下才能继续执行的同步工具。
静态方法:
pthread_mutex_t m = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
动态方法:使用pthread_mutex_init()函数
6.2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,然后死锁就发生了,死锁是一种状态,许多执行实体相互等待,都无法继续下去。
有多种方法可以解决死锁问题:死锁预防、死锁规避、死锁检测和恢复等。
6.3条件变量
提供了一种线程协作的方法
静态方法:
pthread_cond_t con = PTHREAD_COND_INITIALIZER
6.4信号量
是一种数据结构,必须使用一个初始值和一个空等队列进行初始化。从执行实体的角度来看,对信号量的操作都是原子操作或基本操作。
6.5屏障
线程连接操作允许某线程等待其他线程终止,在Pthread中,可以采用的机制是屏障以及一系列屏障函数。
6.6Linux中的线程
Linux不区分线程和进程,它们都是由clone()系统调用创建的。

二、苏格拉底挑战

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
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三、实践过程及截图

实践代码:

include <stdio.h>

include <stdlib.h>

include <pthread.h>

define N 4

int A[N][N],sum[N];

void *func(void arg)
{
int j,row ;
pthread_t tid = pthread_self();
row = (int)arg;
printf("Thread %d [%lu] computes sum of row %d\n",row,tid,row);
for(j=0;j<N; j++)
sum[row] += A[row][j];
printf("Thread %d [%lu] done:sum [%d] =%d\n",row,tid,row,sum[row]);
pthread_exit ((void
)0);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t thread[N];
int i,j,r,total = 0;
void status;
printf("Main: initialize A matrix\n");
for(i=0; i<N;i++){
sum[i] = 0;
for(j=0;j<N;j++){
A[i][j]=i
N+j+1;
printf("%4d ",A[i][j]);
}
printf( "\n" );
}
printf ("Main: create %d threads\n",N);
for(i=0;i<N;i++) {
pthread_create(&thread[i],NULL,func,(void *)i);
}
printf("Main: try to join with thread\n");
for(i=0; i<N; i++) {
pthread_join(thread[i],&status);
printf("Main: joined with %d [%lu]: status=%d\n",i,thread[i],
(int)status);
}
printf("Main: compute and print total sum:");
for(i=0;i<N;i++)
total += sum[i];
printf ("tatal = %d\n",total );
pthread_exit(NULL);
}
实践过程:
在这里插入图片描述

四、问题及解决方式

error: conflicting types for ‘qsort’; have ‘void *(void *)’
在这里插入图片描述

posted @ 2023-12-17 21:07  20211112周子凯  阅读(3)  评论(0编辑  收藏  举报