并发编程基础 Lecture Notes(三)

本文探讨了并发程序设计中常见的问题如忙等及其缺陷、饥饿现象,并介绍了信号量机制及其在生产者消费者问题、哲学家就餐问题、读写者问题等经典场景中的应用。此外,还讨论了资源分配算法。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

The flaws of busy waiting:

- processor cycles are wasted reading locks

- can't guarantee fairness

- synchronizing variables look like ordinary variables


Starvation:

如果一个线程始终没有机会获取CPU time,就会starved to death,此时就依赖于fairness来grant a chance for all threads to execute

导致饥饿的三大常见原因:

- 拥有高优先级的线程长期的hog CPU

- 总是被其他的线程抢占进入权

- 总是被其他的线程抢占到对象


Semaphore: it provides a basic signaling mechanism and is used to implement mutual exclusion and conditional synchronization.(A special kind of shared variable that is manipulated only by two atomic operations P and V, the value of which can't be a non-negative integer)

- V, signal the occurrence of an event (increment the value)

- P, delay a process until an event has occurred (wait until the value of semaphore is positive then decrement the value)

Process P[i:1 to n] {

while(true) {

P(s);

CRITICAL SECTION

V(s)

}

}


Examples:

- Producer && Consumer

Message buf[1:n];

sem empty = 1; sem full = 0;

int rear = 1; int front = 1;

sem mutexP = 1; sem mutexC = 1;


Process Producer[i:1 to M] {

while(true) {

produce item;

P(empty);

P(mutexP);

add item to buf[rear];

rear = (rear + 1) % n;

V(mutexP)

V(full);

}

}


Process Consumer[j:1 to N] {

while(true) {

P(full);

P(mutexC)

remove item from buf[front];

front = (front + 1) % n;

V(mutexC)

V(empty);

consume;

}

}



- Dining philosophers

sem fork[5] = {1, 1, 1, 1, 1};

int N = 4;

Process Philosopher[i:1 to N] {

while(true) {

P(fork[i - 1]);

P(fork[(i+1) % N]);

eat;

V((fork[i - 1]);

V(fork[(i+1) % N);   

think;

}

}

以上的代码可能导致死锁,所以可以只允许一次只有一个人就餐:

while(true) {

P(mutex;)

P(fork[i - 1]);

P(fork[(i+1) % N]);

eat;

V((fork[i - 1]);

V(fork[(i+1) % N);   

V(mutex);

think;

}

但是这种方法效率又太低,所以:

while(true) {

if (i%2) {

P(fork[i - 1]);

P(fork[(i+1) % N]);

} else {

P(fork[(i+1) % N]);

P(fork[i - 1]);

}

eat;

V((fork[i - 1]);

V(fork[(i+1) % N);   

think;

}


- The Readers and Writers

可以同时多个读者,任何时候只能有一个写程序

int nr = 0;

sem mutexR = 1;

sem rw = 1;

Process Reader[i:1 to M] {

while(true) {

P(mutexR);

nr = nr + 1;

if(nr == 1)  P(rw);

V(mutexR);

read DB;

P(mutexR);

nr = nr - 1;

if(nr == 0) V(rw);

V(mutexR);

}

}

Process Writer[j:1 to N] {

while(true) {

P(rw);

write DB;

V(rw);

}

}


- Coordination

sem done = 0;

sem startAgain = 0;

Process Worker[i:1 to n] {

while(true) {

do the work;

V(done);

P(startAgain);

do the work again;

}


Process Coordinator  {

while(true) {

for [i = 1 to 4]

P(done);

collect info;

for [i = 1 to 4]

V(startAgain);

}

}


Resource allocation:

sem mutex = 1;

sem b[1:N] = ([N] 0); List L, const int U;


Procedure request(int i, int u) {

p(mutex);

if(u < U) {

U-=u;

u(mutex);

}else{

put req(i, u) to L;

u(mutex);

p(b[i]);

}

}


Procedure release(int i, int u) {

p(mutex);

U+=u;

for each member(i, uuu) in List {

if(uuu < U){

U-=uuu;

remove(i, uuu) from L;

v(b[i]);

}

}

v(mutex);

}


Process:

while(true) {

compute u;

request(i, u);

use the resource;

release(i, u);

}


Reference:

1. the materials of Concurrent && Distributed Systems course

JFM7VX690T型SRAM型现场可编程门阵列技术手册主要介绍的是上海复旦微电子集团股份有限公司(简称复旦微电子)生产的高性能FPGA产品JFM7VX690T。该产品属于JFM7系列,具有现场可编程特性,集成了功能强大且可以灵活配置组合的可编程资源,适用于实现多种功能,如输入输出接口、通用数字逻辑、存储器、数字信号处理和时钟管理等。JFM7VX690T型FPGA适用于复杂、高速的数字逻辑电路,广泛应用于通讯、信息处理、工业控制、数据中心、仪表测量、医疗仪器、人工智能、自动驾驶等领域。 产品特点包括: 1. 可配置逻辑资源(CLB),使用LUT6结构。 2. 包含CLB模块,可用于实现常规数字逻辑和分布式RAM。 3. 含有I/O、BlockRAM、DSP、MMCM、GTH等可编程模块。 4. 提供不同的封装规格和工作温度范围的产品,便于满足不同的使用环境。 JFM7VX690T产品系列中,有多种型号可供选择。例如: - JFM7VX690T80采用FCBGA1927封装,尺寸为45x45mm,使用锡银焊球,工作温度范围为-40°C到+100°C。 - JFM7VX690T80-AS同样采用FCBGA1927封装,但工作温度范围更广,为-55°C到+125°C,同样使用锡银焊球。 - JFM7VX690T80-N采用FCBGA1927封装和铅锡焊球,工作温度范围与JFM7VX690T80-AS相同。 - JFM7VX690T36的封装规格为FCBGA1761,尺寸为42.5x42.5mm,使用锡银焊球,工作温度范围为-40°C到+100°C。 - JFM7VX690T36-AS使用锡银焊球,工作温度范围为-55°C到+125°C。 - JFM7VX690T36-N使用铅锡焊球,工作温度范围与JFM7VX690T36-AS相同。 技术手册中还包含了一系列详细的技术参数,包括极限参数、推荐工作条件、电特性参数、ESD等级、MSL等级、重量等。在产品参数章节中,还特别强调了封装类型,包括外形图和尺寸、引出端定义等。引出端定义是指对FPGA芯片上的各个引脚的功能和接线规则进行说明,这对于FPGA的正确应用和电路设计至关重要。 应用指南章节涉及了FPGA在不同应用场景下的推荐使用方法。其中差异说明部分可能涉及产品之间的性能差异;关键性能对比可能包括功耗与速度对比、上电浪涌电流测试情况说明、GTH Channel Loss性能差异说明、GTH电源性能差异说明等。此外,手册可能还提供了其他推荐应用方案,例如不使用的BANK接法推荐、CCLK信号PCB布线推荐、JTAG级联PCB布线推荐、系统工作的复位方案推荐等,这些内容对于提高系统性能和稳定性有着重要作用。 焊接及注意事项章节则针对产品的焊接过程提供了指导,强调焊接过程中的注意事项,以确保产品在组装过程中的稳定性和可靠性。手册还明确指出,未经复旦微电子的许可,不得翻印或者复制全部或部分本资料的内容,且不承担采购方选择与使用本文描述的产品和服务的责任。 上海复旦微电子集团股份有限公司拥有相关的商标和知识产权。该公司在中国发布的技术手册,版权为上海复旦微电子集团股份有限公司所有,未经许可不得进行复制或传播。 技术手册提供了上海复旦微电子集团股份有限公司销售及服务网点的信息,方便用户在需要时能够联系到相应的服务机构,获取最新信息和必要的支持。同时,用户可以访问复旦微电子的官方网站(***以获取更多产品信息和公司动态。
标题“100余款高清原厂车标开机logo”所指的是一份资源集合,其中包含了超过100个汽车制造商的高清品牌标志,这些标志是专为开机画面或车载娱乐系统的启动界面设计的。在车载信息娱乐系统中,车标的开机logo通常会在车辆启动时展示,增添品牌形象,提升用户体验。 描述中的信息告诉我们这份资源提供了种不同的分辨率:1024x600、800x480和222x124。这些尺寸对应了不同车载屏幕的常见分辨率,确保了在各种车型上都能有良好的显示效果。"任你选择"意味着用户可以根据自己的车辆屏幕尺寸选择合适的logo。"还等什么快上车"是一句促销用语,鼓励用户立即下载并使用这些高清车标。 标签“车机logo”明确了这个压缩包的内容是与汽车相关的开机图形标识,主要应用于车载信息系统。 至于文件名称列表中提到的“drawable-hdpi-v4”,这是Android开发中的一个目录名,用于存放不同密度(hdpi:高密度)的图像资源。在Android系统中,为了适应不同屏幕密度的设备,开发者会将图片资源按照ldpi(低密度)、mdpi(中密度)、hdpi、xhdpi、xxhdpi等分类存储。"v4"可能表示这些资源兼容Android 4.0(API级别14)及以上版本的系统,以确保广泛的设备兼容性。 这份压缩包是一个丰富的汽车品牌开机logo库,适合用于各种车载信息娱乐系统,提供了适配不同屏幕尺寸和分辨率的选项,并且遵循了Android应用开发的标准,保证在多数现代Android设备上可以正常显示。对于汽车电子设备开发者、UI设计师或者车友来说,这都是一份极具价值的资源
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