程序级并发——进程
函数级并发——线程
三种基本的构造并发程序的方法：
进程
每个逻辑控制流是一个进程，由内核进行调度，进程有独立的虚拟地址空间
I/O多路复用
逻辑流被模型化为状态机，所有流共享同一个地址空间
线程
运行在单一进程上下文中的逻辑流，由内核进行调度，共享同一个虚拟地址空间
第一节 基于进程的并发编程
构造并发程序最简单的方法——用进程
常用函数如下：
- fork
- exec
- waitpid
构造并发服务器？
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。
需要注意的事情：
1.父进程需要关闭它的已连接描述符的拷贝（子进程也需要关闭）
2.必须要包括一个SIGCHLD处理程序来回收僵死子进程的资源
3.父子进程之间共享文件表，但是不共享用户地址空间，这个在以前的学习过程中提到过
关于独立地址空间
1.优点：防止虚拟存储器被错误覆盖
2.缺点：开销高，共享状态信息才需要IPC机制
第二节 基于I/O多路复用的并发编程
就是使用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。
select函数处理类型为fd_set的集合，即描述符集合，并在逻辑上描述为一个大小为n的位向量，每一位b[k]对应描述符k，但当且仅当b[k]=1，描述符k才表明是描述符集合的一个元素。
描述符能做的三件事：
- 分配他们
- 将一个此种类型的变量赋值给另一个变量
- 用FD_ZERO、FD_SET、FD_CLR和FD_ISSET宏指令来修改和检查它们
什么时候可以读？
当且仅当一个从该描述符读取一个字节的请求不会阻塞时
注意：
每次调用select函数时都需要更新读集合
一、基于I/O多路复用的并发事件驱动服务器
事件驱动程序：将逻辑流模型化为状态机。
状态机：
- 状态
- 输入事件
- 转移
对于状态机的理解，参考EDA课程中学习的状态转换图的画法和状态机。
整体的流程是：
- select函数检测到输入事件
- add_client函数创建新状态机
- check_clients函数执行状态转移（在课本的例题中是回送输入行），并且完成时删除该状态机。
几个需要注意的函数：
- init_pool：初始化客户端池
- add_client：添加一个新的客户端到活动客户端池中
- check_clients：回送来自每个准备好的已连接描述符的一个文本行
二、I/O多路复用技术的优劣
1.优点
- 相较基于进程的设计，给了程序员更多的对程序程序的控制
- 运行在单一进程上下文中，所以每个逻辑流都可以访问该进程的全部地址空间，共享数据容易实现
- 可以使用GDB调试
- 高效
2.缺点
- 编码复杂
- 不能充分利用多核处理器
第三节 基于线程的并发编程
这种模式混合了以上两种方法
线程：就是运行在进程上下文中的逻辑流。
每个线程都有它自己的线程上下文：
- 一个唯一的整数线程ID——TID
- 栈
- 栈指针
- 程序计数器
- 通用目的寄存器
- 条件码
一、线程执行模型
1.主线程
在每个进程开始生命周期时都是单一线程——主线程，与其他进程的区别仅有：它总是进程中第一个运行的线程。
2.对等线程
某时刻主线程创建，之后两个线程并发运行。
每个对等线程都能读写相同的共享数据。
3.主线程切换到对等线程的原因：
- 主线程执行一个慢速系统调用，如read或sleep
- 被系统的间隔计时器中断
切换方式是上下文切换
对等线程执行一段时间后会控制传递回主线程，以此类推
4.线程和进程的区别
- 线程的上下文切换比进程快得多
- 组织形式：
- 进程：严格的父子层次
- 线程：一个进程相关线程组成对等（线程）池，和其他进程的线程独立开来。一个线程可以杀死它的任意对等线程，或者等待他的任意对等线程终止。
二、Posix线程
Posix线程是C程序中处理线程的一个标准接口。基本用法是：
- 线程的代码和本地数据被封装在一个线程例程中
- 每个线程例程都以一个通用指针为输入，并返回一个通用指针。
这里需要提到一个万能函数的概念。
万能函数：
void func(void parameter) typedef void (uf)(void para)
即，输入的是指针，指向真正想要传到函数里的数据，如果只有一个就直接让指针指向这个数据，如果是很多就将它们放到一个结构体中，让指针指向这个结构体。后面这个方法就是万能函数的使用思想。
线程例程也是这样的。
三、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);
成功返回0，出错返回非0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。
attr默认为NULL
参数tid中包含新创建线程的ID
2.查看线程ID——pthread_self函数
#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);
返回调用者的线程ID（TID）四、终止线程
1.终止线程的几个方式：
- 隐式终止：顶层的线程例程返回
- 显示终止：调用pthread_exit函数 *如果主线程调用，会先等待所有其他对等线程终止，再终止主线程和整个进程，返回值为pthread_return
- 某个对等线程调用Unix的exit函数，会终止进程与其相关线程
- 另一个对等线程通过以当前线程ID作为参数调用pthread_cancle来终止当前线程
2.pthread_exit函数
#include <pthread.h>
void pthread_exit(void *thread_return);
若成功返回0，出错为非03.pthread_cancle函数
#include <pthread.h>
void pthread_cancle(pthread_t tid);
若成功返回0，出错为非0五、回收已终止线程的资源
用pthread_join函数：
#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t tid,void **thrad_return);这个函数会阻塞，知道线程tid终止，将线程例程返回的(void*)指针赋值为thread_return指向的位置，然后回收已终止线程占用的所有存储器资源
六、分离线程
在任何一个时间点上，线程是可结合的，或是分离的。
1.可结合的线程
- 能够被其他线程收回其资源和杀死
- 被收回钱，它的存储器资源没有被释放
- 每个可结合线程要么被其他线程显式的收回，要么通过调用pthread_detach函数被分离
2.分离的线程
- 不能被其他线程回收或杀死
- 存储器资源在它终止时由系统自动释放
3.pthread_detach函数
#include <pthread.h>
void pthread_detach(pthread_t tid);
若成功返回0，出错为非0这个函数可以分离可结合线程tid。
线程能够通过以pthread_self()为参数的pthread_detach调用来分离他们自己。
每个对等线程都应该在他开始处理请求之前分离他自身，以使得系统能在它终止后回收它的存储器资源。
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));
总是返回0八、基于线程的并发服务器中的注意事项
1.调用pthread_create时，如何将已连接描述符传递给对等进程？
传递指针。
2.竞争问题？
见第七节。
3.避免存储器泄露？
必须分离每个线程，使它终止时它的存储器资源能被收回。