第四章 并发编程

这一章主要介绍了并发编程的相关内容，包括并行计算、顺序算法与并行算法以及并行性和并发性；解释了线程的原理机器相对于进程的优势，同时还进行了线程管理、并发编程的实际操作，让我们更加深刻地了解多任务处理、线程同步和并发编程的原理及方法。

并行计算

基于分治原则（如二叉树查找和快速排序等）的算法经常表现出高度的并行性，可通过使用并行或并发执行米提高计算速度。并行计算是一种计算方案，它尝试使用多个执行并行算法的处理器 更快速地解决问题。

井行性与并发性

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，比如多处理牉或多核系统。在单CPU系统中，一次只能执行一个任务。在这种情况下，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。

线程

(1)线程原理

一个操作系统包含许多并发进程。在进程模型中，进程是独立的执行单元。所有进程均是在内核模式和用户模式下进行的。

内核模式下：各进程在唯一地址空间上执行，与其他进程是分开的，多个独立的进程共用同一个执行路径，当某进程必须等待某事件时，整个进程就会停止执行。

线程是某进程同一地址空间上的独立执行单元。创建某个进程就是在一个唯一地址空间创建一个主线程。

(2)线程优点

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

(3)线程缺点

1.由于地址空间共享，县城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

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更慢。

线程管理函数

(1)创建线程

`int pthread_create(pthread_t *thread_id，pthread_attr_t attr,void (func)(void), void *arg);```
(2)线程ID

int pthread_equal(pthread_t t1,pthread_t t2);
如果是不同线程，返回0；否则，返回非0。
(3)线程终止

void pthread_exit(void *status);
0退出值表示正常终止，否则为异常终止。
(4)线程连接

int pthread_join (pthread_t thread, void **status ptr);

线程同步

(1)互斥量
　最简单的同步工具是锁，它允许执行实体仅在有锁的情况下才能继续执行。在Pthread中，锁被称为互斥量，意思是相互排斥。在使用之前必须对他们进行初始化。
静态方法：定义互斥量m，并使用默认属性对其进行初始化。
　　　　　　　　　　pthreaa_mutex_t m = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER；
动态方法： 使用pthread_ mutex _init()函数，可通过attr参数设置互斥属性。
(2)死锁预防
　简单的死锁预防是对互斥量进行排序，并确保每个线程只在一个方向请求互斥量，这样请求序列中就不会有循环。
(3)条件变量
条件变量提供线程协作的方法。同样需要初始化，且方法同互斥量相同。
(4)信号量
信号量是进程同步的一般机制。比条件变量多一个计数器。
(5)屏障
　屏障是线程的集合点。当所有线程到达屏障时，所有线程重新开始执行。