地芬諾酯片可以吸食嗎【155-1196-9383各種藥】 上一篇計(jì)算機(jī)系統(tǒng) - 操作系統(tǒng)之進(jìn)程中講述了操作系統(tǒng)設(shè)立進(jìn)程、線程的概念主要是為了便于切換管理，同時(shí)也提到，在單處理器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，進(jìn)行進(jìn)程或線程級(jí)別的切換可以在承擔(dān)一定切換消耗后降低平均響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。而隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，主要是多處理器架構(gòu)的興起，操作系統(tǒng)中并行的概念也逐漸成為主。 既然提到多處理器架構(gòu)的興起，也就再多說幾句。最開始那段時(shí)間，也就是電氣CPU的年，CPU既重又笨。{dy}次躍是隨著晶體管硬件技術(shù)的革新而來，主頻得到了極大提升，隨后的第二次躍則是由集成電路所推動(dòng)。發(fā)展到了這里，CPU制造商卻發(fā)現(xiàn)通過提升主頻、緩存所能換來的提升效益與成本相，價(jià)很低。自然地，有一波人就起了量的主意。通過將多個(gè)CPU核心，甚至多個(gè)CPU本身集成入芯片，同時(shí)處理多個(gè)可割的計(jì)算任務(wù)，達(dá)到降低平均執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)的目的。簡(jiǎn)單的來說，就是通過增加更多的窗口，使得排隊(duì)的時(shí)間減少，進(jìn)而減少整體執(zhí)行時(shí)間。 介紹其他內(nèi)容之前，先對(duì)并行、并發(fā)兩個(gè)概念稍加說明。理解這兩個(gè)概念時(shí)可以類程序和進(jìn)程的概念，具體如下： 并發(fā)Concurrency Concurrency是指程序、算法或問題本身可解為順序無關(guān)或不wq依賴執(zhí)行順序單元的屬，從語法來講，并發(fā)雖然是一個(gè)名詞，但可以看成是表達(dá)為擁有某種能力的形容詞。也就是說如一個(gè)程序具有并發(fā)的屬，那么即使將解后單元以亂序或局部順序執(zhí)行，最終結(jié)果也不會(huì)受影響，這為單元并列執(zhí)行提供了基礎(chǔ)。 簡(jiǎn)而言之，并發(fā)是只程序在結(jié)構(gòu)上擁有一種能力，與執(zhí)行本身無關(guān)。 并行Parallelism 如前所述，并行的全稱可以視為并列執(zhí)行，Parallelism指的是多個(gè)單元或多個(gè)任務(wù)正在同時(shí)執(zhí)行，強(qiáng)調(diào)的是一種現(xiàn)象。如果說并發(fā)是靜態(tài)的程序能力，那么并行就是這種能力動(dòng)態(tài)發(fā)揮作用的現(xiàn)象本身。 插一句題外話，由于目前使用的大部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念都形成于西方，所使用的語言也以英文為主，漢化翻譯的過程中，有時(shí)候很難找到十貼切的詞匯去映射抽象的概念本體，導(dǎo)致直面概念的中文詞匯（如進(jìn)程、線程、纖程、并行、并發(fā)）時(shí)很難獲取到j(luò)q理解。這時(shí)候，還是建議先找到概念的英文表示，從英文本身的解釋出發(fā)，融匯理解。 回到并行本身，并行的{zd0}特征是同時(shí)執(zhí)行，那么對(duì)應(yīng)的硬件前提就是切實(shí)存在多個(gè)CPU核心甚至多個(gè)CPU，以此持線程、進(jìn)程的調(diào)度。前面的章節(jié)中我們講到，進(jìn)程、線程本身是需要使用地址空間、?？臻g、以及其他相關(guān)硬件資源的。按照單處理器架構(gòu)執(zhí)行時(shí)，始終能保同一時(shí)刻，只會(huì)有一個(gè)進(jìn)程或線程運(yùn)行，所以在資源共享這一塊不會(huì)出現(xiàn)太多問題。但在多處理器多核架構(gòu)下多個(gè)進(jìn)程、線程同時(shí)執(zhí)行，隨時(shí)有可能發(fā)生兩個(gè)進(jìn)程、線程需要使用同一資源（括CPU時(shí)間、存儲(chǔ)器、文件以及I/O設(shè)備等）的現(xiàn)象。 舉個(gè)例子，大部人應(yīng)該都有餃子的經(jīng)歷，如現(xiàn)在有一碗餡料，里面只有一根勺子，那么當(dāng)只有一個(gè)人在餃子時(shí)，他可以隨時(shí)獲取到勺子的使用權(quán)，并在不用時(shí)將其閑置等待；如現(xiàn)在還是一根勺子，但有兩個(gè)人在餃子，由于大餃子的節(jié)奏肯定不會(huì){jd1}相同，那么在獲取勺子使用權(quán)時(shí)就存在如下幾種況： 對(duì)方使用中，你只能選擇等待對(duì)方未使用，直接獲取，使用間如對(duì)方需使用，同樣需等待雙方同一時(shí)刻伸獲取勺子使用權(quán) 前面兩種還好，既不會(huì)太閑置，也能和諧進(jìn)行。但第三種況就尷尬了，到底誰該縮回伸出去的？雖然無尷尬，但既然發(fā)生了問題，終歸還是要解決的。從餃子的所遇到的問題中，可以發(fā)現(xiàn)并行的兩大核心問題是同步和通信，同步時(shí)為了互斥，通信是為了作。 同步，英文表示為Synchronization，生活中的解釋是協(xié)調(diào)事件共同操作某一系統(tǒng)，而在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，這個(gè)同步指兩個(gè)方面的同步： 進(jìn)程同步 多個(gè)進(jìn)程在某一特定位置進(jìn)行連接或握，以確保達(dá)成共識(shí)或基于指定次序執(zhí)行。 數(shù)據(jù)同步 數(shù)據(jù)同步是指保持同一數(shù)據(jù)集多個(gè)備份的一致，或是保數(shù)據(jù)完整。 上述說明的關(guān)鍵點(diǎn)是確保事件的發(fā)生基于指定次序，萬事總得講究個(gè)先來后到，哪怕我你早一毫秒碰到了勺子，那也是先來，理應(yīng)優(yōu)先響應(yīng)，獲得使用權(quán)。你要想獲得勺子的使用權(quán)，可以先跟我確認(rèn)，看我狀態(tài)，看我心給不給你用。如果我不給，那你就乖乖等著，等我用完了再用。 所以伴隨著同步的是潛在互斥的結(jié)果，任何時(shí)刻，只允許一個(gè)人使用某一特定資源，如內(nèi)存中某一字節(jié)，又如印設(shè)備等。通常對(duì)于互斥的硬件層的持有兩種： 中斷禁用 一旦獲得使用權(quán)后立即禁止中斷，直到使用結(jié)束后重新允許中斷。既然本進(jìn)程無法被中斷，自然就不存在資源沖突的問題。中斷禁用的問題是只適用于單處理器結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，多處理器結(jié)構(gòu)中，每個(gè)CPU有自己的中斷控制，而進(jìn)程中只能禁止所配到的CPU的中斷，無法真正防止其他CPU中進(jìn)程獲取同一資源而引發(fā)沖突。 專用機(jī)器指令 將兩個(gè)動(dòng)作在一個(gè)指令周內(nèi)完成來保操作整體的原子，實(shí)現(xiàn)互斥。如在一個(gè)指令周內(nèi)完成讀-寫或讀-測(cè)試兩條指令，指令執(zhí)行間會(huì)阻塞其他指令的訪問，以達(dá)成資源級(jí)別的互斥。 前面提到，如我正在使用勺子，而你希望使用，那就必須等待我使用結(jié)束，或是跟我兩目對(duì)視，會(huì)心一笑讓中斷下來讓你先用。操作系統(tǒng)中，進(jìn)程或線程也需要通過通信來確認(rèn)資源當(dāng)前使用況，有效的信息能夠幫助進(jìn)程及時(shí)獲取資源使用權(quán)。 通常進(jìn)程（線程）之間會(huì)以如下三種狀態(tài)共存： 雙方都不知道對(duì)方存在 雙方都不知道對(duì)方的存在，那就只有操作系統(tǒng)掌握了雙方的關(guān)系。例如兩個(gè)進(jìn)程都同時(shí)希望使用印設(shè)備，設(shè)該印設(shè)備任一時(shí)刻只能于單個(gè)進(jìn)程，那么操作系統(tǒng)就必須保兩者互斥，不去同時(shí)操作印設(shè)備。當(dāng)然，現(xiàn)在的印設(shè)備會(huì)在印執(zhí)行單元前將印任務(wù)序列化，所以同時(shí)提交也能持，只不過內(nèi)部依然是依次執(zhí)行單個(gè)印任務(wù)的。 雙方間接知道對(duì)方的存在 通過共享對(duì)象來達(dá)成通信，如生產(chǎn)者、消費(fèi)者，除了生產(chǎn)、消費(fèi)兩個(gè)特外，他們均不知道各自更多的信息。 雙方直接知道對(duì)方的存在 直接知道意味著知道對(duì)方進(jìn)程的基本信息，如進(jìn)程ID。有了進(jìn)程ID，就可以建立兩者通信的專用線路。類似而言，如大都在某一共享空間如留言板上匿名留言，為了繼續(xù)通信，也只能在留言板上回復(fù)。而如果我知道對(duì)方真正ID，那么就可以直接信進(jìn)行交了。 基于以上三種共存狀態(tài)，進(jìn)程間為了完成作，也需要使用不同的通信機(jī)制。 對(duì)于通信機(jī)制的理解，應(yīng)回歸到適用的場(chǎng)景本身。 在通信雙方都不知道對(duì)方存在的條件下，要想完成通信，那么必須慮通過操作系統(tǒng)完成同步，這一部直接由操作系統(tǒng)全局統(tǒng)籌實(shí)現(xiàn)。而在雙方間接知道對(duì)方的況下，最典型的方法就是信號(hào)量。信號(hào)量的基本原理是：兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程可以通過簡(jiǎn)單的信號(hào)進(jìn)行作，一個(gè)進(jìn)程可以被迫在某一位置停止，直到它接收到一個(gè)特定的信號(hào)。通過調(diào)整信號(hào)結(jié)構(gòu)，理論上任何復(fù)雜的作需求都可以得到滿足。 信號(hào)量實(shí)質(zhì)上可視為一個(gè)具有整數(shù)值的變量，該變量持三個(gè)操作： 初始化，賦值一個(gè)非負(fù)整數(shù)signal()，離開臨界區(qū)塊時(shí)使用，增加信號(hào)量值，當(dāng)信號(hào)量不為負(fù)值時(shí)，處于wait()中進(jìn)程將恢復(fù)運(yùn)行，進(jìn)入臨界區(qū)。wait()，進(jìn)入臨界區(qū)塊時(shí)使用，減少信號(hào)量值，當(dāng)信號(hào)量為負(fù)值時(shí)，被阻塞；為非負(fù)時(shí)，可以繼續(xù)。 其邏輯可以換位到行窗口與客戶的關(guān)系，窗口數(shù)量就是信號(hào)量。 行初始化提供了N個(gè)窗口，等價(jià)于信號(hào)量值初始化為N 客戶來到行大廳，使用wait()申請(qǐng)一個(gè)窗口，申請(qǐng)后N值減 如N->，表明申請(qǐng)前N>，即申請(qǐng)后仍有窗口富余如N-=，表明申請(qǐng)前N=，即申請(qǐng)到了{(lán)zh1}一個(gè)窗口如N-<，表明申請(qǐng)前N<=，即原本就沒有窗口 客戶使用完窗口后，發(fā)出signal()信號(hào)，發(fā)出后N值加。當(dāng)N+后不再為負(fù)值，原先被wait()阻塞的進(jìn)程就能繼續(xù)運(yùn)行。即其他等待的客戶就可以使用窗口了 信號(hào)量初始值表著wait()被阻塞前所持的進(jìn)程/線程{zd0}數(shù)目，當(dāng)該值可為任意整數(shù)時(shí)，稱為計(jì)數(shù)信號(hào)量。而如果信號(hào)量初始值只能為，也就是說信號(hào)量值只能在/間變化，那么該信號(hào)量也稱為二進(jìn)制信號(hào)量。通常的實(shí)現(xiàn)稱為Mutex，即互斥量。和廣泛布在整個(gè)程序中的計(jì)數(shù)信號(hào)量相，Mutex通常只用在同一線程中，即signal()/wait()均應(yīng)由同一線程調(diào)用。 管程提供和信號(hào)量相似的功能，而且在使用上更加易于控制。管程由一至多個(gè)程序、一個(gè)初始化序列以及局部數(shù)據(jù)組而成。其主要特征是： 只能通過管程提供的內(nèi)部程序訪問數(shù)據(jù)變量每個(gè)進(jìn)程通過管程提供的程序之一進(jìn)行訪問任一時(shí)刻管程中只能執(zhí)行一個(gè)程序，其他程序均被阻塞直到管程重新可用 前兩個(gè)特征與面向?qū)ο蠓庋b類似，{zh1}一個(gè)特征則是互斥的體現(xiàn)。簡(jiǎn)而言之，管程就是通過配有限的訪問渠道給進(jìn)程，并保任一時(shí)刻只能由一個(gè)渠道訪問數(shù)據(jù)，達(dá)到保護(hù)數(shù)據(jù)的目的。再通俗一點(diǎn)，管程就像是一個(gè)有多扇門的房間，房間里面儲(chǔ)存了一些物，任一時(shí)刻只要有人進(jìn)入房間，就將所有門。完成對(duì)物的操作后，再取消，退出房間。 和現(xiàn)實(shí)生活中一樣，消息傳遞的目的是為了將某些息告知對(duì)方，便于對(duì)方及時(shí)做出應(yīng)。進(jìn)程間傳遞消息也是為了告知對(duì)方發(fā)生了什么事件、切換到什么狀態(tài)等變化。消息要想被雙方理解，就要遵循相同的格式。通用的消息格式如下圖所示： 除去消息類型，最主要的字段應(yīng)該是源ID和目標(biāo)ID，別表了消息的發(fā)送者和接收者。對(duì)于同一主機(jī)而言，這可以是相互區(qū)別的進(jìn)程ID即可，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的不同主機(jī)而言，該字段則需添加上網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行{wy}標(biāo)示的IP地址。 要想進(jìn)一步理解各種通信機(jī)制，還是要回歸到問題本身。并行過程中之所以會(huì)產(chǎn)生問題，關(guān)鍵在于對(duì)同一資源的競(jìng)爭(zhēng)，如果不能協(xié)調(diào)各進(jìn)程/線程有序訪問該資源，就會(huì)使得依賴于資源值的進(jìn)程因?yàn)橹靛e(cuò)誤而導(dǎo)致運(yùn)行錯(cuò)誤。 生產(chǎn)-消費(fèi)者問題也稱為有限緩沖問題，是一個(gè)經(jīng)典的多線程同步問題。該問題中有如下三個(gè)主體： 固定大小的共享緩沖區(qū)生產(chǎn)者線程，負(fù)責(zé)重復(fù)生成一定數(shù)據(jù)并存放到緩沖區(qū)中消費(fèi)者線程，負(fù)責(zé)重復(fù)消耗緩沖區(qū)中數(shù)據(jù) 問題關(guān)鍵在于確保生產(chǎn)者不會(huì)在緩沖區(qū)滿時(shí)寫入數(shù)據(jù)，消費(fèi)者也不會(huì)在緩沖區(qū)中為空時(shí)消耗數(shù)據(jù)。換句話說，緩沖區(qū)中可用部的多少是關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 讀者-寫者問題發(fā)生在多個(gè)線程讀或?qū)懲还蚕碣Y源時(shí)，通常，任一時(shí)刻只允許有一個(gè)線程寫資源，且如有線程正在寫資源，則所有讀操作也會(huì)被阻塞。如無線程正在寫，則多個(gè)線程可同時(shí)讀取該資源。 通用的解決方案是使用讀寫，該中可將讀與寫操作互斥，而在讀本身上使用信號(hào)量進(jìn)行計(jì)數(shù)即可。 本篇概念較多，希望通過多次對(duì)例能夠?qū)栴}進(jìn)行降解。文中提及并行由來、并行過程中潛在典型問題以及相應(yīng)的解決法，但到目前為止，仍止步于可能由于對(duì)單一資源競(jìng)爭(zhēng)引發(fā)沖突。事實(shí)上，再往壞處想，如涉及到的資源也從單一變成了多個(gè)（如哲學(xué)就餐問題），那么多個(gè)進(jìn)程/線程與多個(gè)資源間的相互競(jìng)爭(zhēng)則會(huì)引發(fā)更大的災(zāi)難。而這，也就是不得不單獨(dú)開篇去闡述“死”的緣由。