最近学习《深入理解计算机系统》, 看书写笔记，,印象会更深刻，这里总结一下并发。
本书最后一章中讲到了并发。之前一直以为并发是为了提高性能,书中将并发理解为逻辑控制流在时间上的重叠。简单的说,就是让机器能够同时处理多个事情, 充分利用机器的能力。特别是现在多核机器的普遍, 并发可能越来越重要。
现代操作系统提供了三种基本的方法用于构造并发:进程, I/O多路复用,线程。我们在工作中用的最多的其实是第二二种，你也许知道,他是无法利用CPU的多核的。不过还好，我们的服务器上一般会跑多个程序(系统划分为多个程序模块)。某些语言也从语言层面提供了-种并发的机制:协程,比如lua和python , go好像也提供了这种机制。我比较熟悉的是python的协程。
1、进程
收到客户端的请求后就申请一个新的进程来处理这个请求，这是利用进程并发的基本模式。进程有一个清晰的模型:共享文件表,但不共享用户地址空间。”我实际尝试了一下,准确的说,应该是子进程会继承他生成时父进程打开的文件描述符，当子进程开始运行后,父进程或者子进程在打开的文件描述符将不会被他们共享。
被共享的文件描述符是引用计数,所以-般情况下, fork返回后,当父进程和子进程分别执行的时候,他们一般都要各自把不需 要的文件描述符关闭掉。linux2.4.22提供了另一种新进程创建函数: clone()系统调用。它允许调用者控制那部分由父子进程共享
（1）优点：独立的地址空间，这样各个进程隔绝，一个进程不会一不小心进入另外一个进程，减少了程序的复杂性，不易出错。
（2）缺点: 进程间共享信息变得困难,需要通过进程间通信( IPC )来解决： 多个进程要在cpu .上进行，上下文切换,可能会降低运行速度(如果为了利用多核,进程数目和cpu核数一致则另当别论)。另外IPC也会有开销。
2、1/O多路复用
这是我们用的比较多的一种方式。书中叫做并发事件驱动程序, 在事件驱动程序中, 逻辑流程一般会被模型化为状态机,当收到一个逻辑流开始请求后我们就申请一一个新的状态机来处理这个请求以及后续的相关请求(状态机我们一-般情况下叫做通道)。
一个逻辑流的完成往往需要很多的事件 , 对于后续的事件, 我们一般会首先找到时那个状态机在处理它,然后根据事件类型, 状态机状态来选择相应的处理函数进行处理,以此推动状态机的前进。
优点: 1)一个进程可以处理多个逻辑流程;
2 )它比基于进程的设计给了程序员更多的控制权;
3 )每个逻辑流都能够访问进程的全部的地址空间,使得流之间共享数据变得更加简单;
4 )因为没有进程的.上下文切换,可能会更加高效。
缺点: 1 )增加了代码的复杂度。事件驱动机制使得对流程的处理被打的七零八散,整个程序只见事件,不见流程- 流程隐藏在事件处理的转移和 衔接中,降低可读性的同时,也增加了实现的复杂性。
2 )无法有效的利用多核处理器。
3、线程
线程的调度和进程的调度一样，都是系统进行调度的，但是线程的切换要比进程快很多。同时,线程之间是对等的,没有父子概念:“主线程和其他线程的区别仅在于它是第一个运行的线程。”“每个线程都有独立的线程 上下文,包括线程ID ,栈,栈指针,程序计数器,条件码和通用目的寄存器值。每个线程都和其他线程共享进程上下文的其他部分:代码段,数据段, BSS段,堆以及所有共享库代码和数据区域。线程通用共享打开文件的集合”
我在开发过程中发现很多人使用线程会遇到两个问题:
1 )线程没有真正释放。线程释放有两种方式,要么通过pthread_ join 显示回收,但是这回阻塞主线程。要么分离每个线程,这样,线程结束的时候会自动释放。
2 )线程安全。这是线程最为人诟病的地方,他会明显的增加程序的复杂性。
优点:
1 )线程的切换比进程要快,而且是操作系统支持的。
2 )相对进程,更容易在线程间共享信息。
3 )也能够利用多核的优势。
缺点:
1 )线程会增加程序的复杂度,特别是线程安全问题,需要加倍小心。
2 )增加线程的同时性能可能会出现下降,因为线程的切换也会有开销。
4、协程
屏荨截图Ctrl + Alt + A：这个是书上没有,目前所讨论的协程, -般是编程语言
截图时隐藏当前窗口：提供支持的。目前我所知提供协程支持的语言包括python , lua , go ,据说scala和rust也支持。
协程不同于线程的地方在于协程不是操作系统进行切换, 而是由程序员编码进行切换的, 也就是说切换是由程序员控制的,这样就没有了线程所谓的安全问题。所有的协程都共享整个进程的上下文,这样协程间的交换也非常方便。相对于第二种方案( I/O多路复用) , 使得使用协程写的程序将更加的直观,而不是将一个
完整的流程拆分成多个管理的事件处理。协程的缺点可能是无法利用多核优势,不过,这个可以通过协程+进程的方式来解决。协程可以用来处理并发来提高性能,也可以用来实现状态机来简化编程。
我用的更多的是第二个。去年年底接触python ,了解到了python的协程概念,后来通过pycon china2011接触到处理yield , greenlet 也是一一个协程方案 ,而且在我看来是更可用的一个方案,特别是用来处理状态机。目前这一块已经基本完成,后面抽时间总结-下。
总结:
1 )多进程能够利用多核优势,但是进程间通信比较麻烦,另外,进程数目的增加会使性能下降,进程切换的成本较高。程序流程复杂度相对I/O多路复用要低。
2 ) I/O多路复用是在一个进程内部处理多个逻辑流程,不用进行进程切换,性能较高,另外流程间共享信息简单。但是无法利用多核优势,另外, 程序流程被事件处理切割成一个个小块,程序比较复杂,难于理解。
3 )线程运行在一个进程内部,由操作系统调度,切换成本较低,另外,他们共享进程的虚拟地址空间线程间共享信息简单。但是线程安全问题导致线程学习曲线陡峭而且易出错。
4）协程有编程语言提供,由程序员控制进行切换,所以没有线程安全问题,可以用来处理状态机，并发请求等。但是无法利用多核优势。
上面的四种方案可以配合使用,我比较看好的是进程+协程的模式。
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