12.8 小结

一个并发程序是由在时间上重叠的一组逻辑流组成的。在这一章中，我们学习了三种不同的构建并发程序的机制：进程、I/O 多路复用和线程。我们以一个并发网络服务器作为贯穿全章的应用程序。

进程是由内核自动调度的，而且因为它们有各自独立的虚拟地址空间，所以要实现共享数据，必须要有显式的 IPC 机制。事件驱动程序创建它们自己的并发逻辑流，这些逻辑流被模型化为状态机，用 I/O 多路复用来显式地调度这些流。因为程序运行在一个单一进程中，所以在流之间共享数据速度很快而且很容易。线程是这些方法的混合。同基于进程的流一样，线程也是由内核自动调度的。同基于 I/O 多路复用的流一样，线程是运行在一个单一进程的上下文中的，因此可以快速而方便地共享数据。

无论哪种并发机制，同步对共享数据的并发访问都是一个困难的问题。提出对信号量的 P 和 V 操作就是为了帮助解决这个问题。信号量操作可以用来提供对共享数据的互斥访问，也对诸如生产者—消费者程序中有限缓冲区和读者—写者系统中的共享对象这样的资源访问进行调度。一个并发预线程化的 echo 服务器提供了信号量使用场景的很好的例子。

并发也引入了其他一些困难的问题。被线程调用的函数必须具有一种称为线程安全的属性。我们定义了四类线程不安全的函数，以及一些将它们变为线程安全的建议。可重入函数是线程安全函数的一个真子集，它不访问任何共享数据。可重入函数通常比不可重入函数更为有效，因为它们不需要任何同步原语。竞争和死锁是并发程序中出现的另一些困难的问题。当程序员错误地假设逻辑流该如何调度时，就会发生竞争。当一个流等待一个永远不会发生的事件时，就会产生死锁。

参考文献说明

信号量操作是 Dijkstra 提出的【31】。进度图的概念是 Coffman【23】提出的，后来由 Carson 和 Reynolds【16】形式化的。Courtois 等人【25】提出了读者 - 写者问题。操作系统教科书更详细地描述了经典的同步问题，例如哲学家进餐问题、打瞌睡的理发师问题和吸烟者问题【102，106，113】。Butenhof 的书【15】对 Posix 线程接口有全面的描述。Birrell【7】的论文对线程编程以及线程编程中容易遇到的问题做了很好的介绍。Reinders 的书【90】描述了 C/C++ 库，简化了线程化程序的设计和实现。有一些课本讲述了多核系统上并行编程的基础知识【47，71】。Pugh 描述了 Java 线程通过内存进行交互的方式的缺陷，并提出了替代的内存模型【88】。Gustafson 提出了替代强扩展的弱扩展加速模型【43】。