20145314郑凯杰《信息安全系统设计基础》第13周学习总结

20145314郑凯杰《信息安全系统设计基础》第13周学习总结

明确教材学习目标

学习目标

• 掌握三种并发的方式：进程、线程、I/O多路复用
• 掌握线程控制及相关系统调用
• 掌握线程同步互斥及相关系统调用

教材学习内容总结

网络编程

• 客户端-服务器编程模型

  1. 每个网络应用都是基于客户端-服务器模型。
  2. 一个应用是由一个服务器进程和一个或者多个客户端进程组成。
  3. 服务器管理某种资源，并通过操作资源来为客户端提供某种服务。
  4. 基本操作是事务。

• 四个步骤：

  1. 当客户端需要服务时，向服务器发送请求，发起一个事务。
  2. 服务器收到请求后，解释它，并以适当的方式操作它的资源。
  3. 服务器给客户端发送一个响应，并等待下一个请求。
  4. 客户端收到响应并处理它。

• 每个以太网适配器都有一个全球唯一的48位地址。

• 每台因特网主机都运行实现TCP/IP协议的软件。

• 因特网的客户端和服务器混合使用套接字接口函数和Unix I/O函数来进行通信。

• 套接字接口

sockaddr_in的16字节结构

1. sin_family成员是AF_INET
2. sin_port成员是一个16位的端口号
3. sin_addr成员是一个32位的IP地址。
4. IP地址和端口号总时以网络字节顺序（大端法）存放的。
5. _in是互联网络的缩写，不是输入input的缩写。

• Web服务器

  Web服务器使用HTTP协议和它们的客户端（浏览器等）彼此通信。

并发编程

逻辑控制流在时间上重叠，那么它们就是并发的。并发出现在计算机系统的许多不同层面上。

使用应用级并发的应用程序称为并发程序。现代操作系统提供了三种基本的构造并发程序的方法：

1. 进程。每个逻辑控制流都是一个进程，由内核来调度和维护。因为进程 有独立的虚拟地址空间，想要和其他流通信，控制流必须使用某种显式的进程间通信 (interprocess communication, IPC) 机制。
2. I/O 多路复用。在这种形式的并发编程中，应用程序在一个进程的上下文中显式地调度它们自己的逻辑流。逻辑流被模型化为状态机，数据到达文件描述符后，主程序显式地从一个状态转换到另一个状态。因为程序是一个单独的进程，所以所有的流都共享同一个地址空间。
3. 线程。线程是运行在一个单一进程上下文中的逻辑流，由内核进行调度。是其他两种方式的混合体，像进程流一样由内核进行调度，而像I/O 多路复用流一样共享同一个虚拟地址空间。

• 12.1基于进程的并发编程

1. 构造并发程序最简单的方法就是用进程。
2. 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。

• 第一步:服务器接受客户端的连接请求;

• 第二步:服务器派生一个子进程为这个客户端服务;

• 第三步：服务器接受另一个连接请求;

• 基于进程的并发服务器

• 第四步：服务器派生另一个子进程为新的客户端服务。基于进程的并发 echo 服务器.父进程派生一个子进程来处理每个新的连接请求：

Posix线程

Posix线程是C程序中处理线程的一个标准接口。

万能函数：

void func(void parameter)
typedef void (uf)(void para)

创建线程

1.创建线程：

pthread_create函数

#include <pthread.h>
typedef void *(func)(void *);

int pthread_create(pthread_t *tid, pthread_attr_t *attr, func *f, void *arg);

功能：创建一个新的线程，带着一个输入变量arg，在新线程的上下文运行线程例程f。

2.查看线程ID

pthread_self函数
#include <pthread.h>

pthread_t pthread_self(void);

功能：返回调用者的线程ID（TID）

3、终止线程

1. 终止线程的方式：隐式终止、显式终止

2. pthread_exit函数

    #include <pthread.h>
    void pthread_exit(void *thread_return);
   

3.pthread_cancle函数

#include <pthread.h>
void pthread_cancle(pthread_t tid);

五、回收已终止线程的资源

pthread_join函数：

#include <pthread.h>

int pthread_join(pthread_t tid,void **thrad_return);

六、分离线程

pthread_detach函数

#include <pthread.h>

void pthread_detach(pthread_t tid);
功能：分离可结合线程tid。

七、初始化线程

pthread_once函数

#include <pthread.h>
pthread_once_t once_control = PTHREAD_ONCE_INIT;

int pthread_once(pthread_once_t once_control, void (init_routine)(void));

第四节 多线程程序中的共享变量

1. 线程存储器模型
2. 将变量映射到存储器
3. 共享变量

12.5 用信号量同步线程

• 进度图

进度图转换规则：

• 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
• 而一个程序的执行历史被模型化为状态空间中的一条轨迹线。

线程循环代码的分解：

• H：在循环头部的指令块
• L：加载共享变量cnt到线程i中寄存器%eax的指令。
• U：更新（增加）%eax的指令
• S：将%eax的更新值存回到共享变量cnt的指令
• T：循环尾部的指令块

临界区使用原则:有空让进、无空等待、多中择一、让权等待

• 信号量

信号量定义：

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

• 使用信号量来实现互斥

第七节 并发问题

一、线程安全性

四个不相交的线程不安全函数类以及应对措施：

不保护共享变量的函数——用P和V这样的同步操作
保持跨越多个调用的状态的函数——重写
返回指向静态变量的指针的函数——①重写；②使用加锁-拷贝技术。

二、可重入性

1.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。

2.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。

三、竞争

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
四、死锁

一组线程被阻塞了，等待一个永远也不会为真的条件。

代码上传

咯咯：

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	2000行	30篇	400小时
第九周	832/950	17/17	140/140
第十周	968/1050	18/18	160/160
第十一周	1100/1200	19/19	180/180
第十二周	1197/1300	21/21	200/200

| 第十三周 | 1300/1400 | 22/22 | 210/210 | |

参考资料

• 《深入理解计算机系统V2》学习指导
• 2016-2017-1 《信息安全系统设计基础》教学进程
• Linux 基础入门
• 《深入理解计算机系统》