现代操作系统day6：线程的实现方法；进程间通信

实现线程包的方法：

线程放在用户空间：

运行时系统：
一种介乎编译(Compile)和解释(Interpret)的运行方式，由编译器(Compiler)首先将源代码编译为一种中间码，在执行时由运行时(Runtime)充当解释器(Interpreter)对其解释。

具体方法：
由用户空间的线程库函数管理线程：线程在一个运行时系统的顶部运行，这个运行时系统是一个【管理线程的过程】的集合。在用户空间管理线程时，每个进程需要有专门的线程表（TCB），由运行时系统管理，用来追踪该进程中的所有线程。

if(线程引起本地阻塞){
   
	/*调用一个运行时系统的过程*/
	检查该线程是否必须进入阻塞状态
	if(必须进入阻塞状态){
   
		保存该线程的寄存器
		查看表中可运行的就绪线程
		将新线程的保存值重新装入机器的寄存器
		/*只要堆栈指针和程序计数器一被切换，就运行新的线程*/
		}
}

N个用户线程对应M个内核线程

优点：
1）这样的线程切换比陷入内核快一个数量级（不需要陷阱，不需要上下文切换，不需要对高速缓存进行刷新）
2）用户级线程包可以在不支持线程的操作系统上实现
3）允许每个进程有自己定制的调度线程算法（每个进程各自实现自己的线程在什么时候停止什么时候运行）
缺点：
1）如果进程里的某个线程进行了阻塞型系统调用（例如读文件），那么进程里的其他线程都会等待
2）一个线程如果不主动放弃CPU的使用权，其他线程将无法运行
3）由于时间片是分配给进程的，进程内的线程数目增多，执行的比较慢

线程放在内核

CPU的调度单位是线程而不是进程，由内核进行线程，进程主要完成资源的管理
缺点：
1）开销比起上一种方法会更大

轻量级进程

常见于linux，更简洁

进程间通信

进程间通信要解决的问题是多个相互协作的进程间，如何让他们正确地操作共享资源
进程调度要解决的问题是安排进程工作先后顺序，来使得系统开销和公平性之间取得平衡

进程间通信（IPC）不是中断

进程间通信要解决的问题：
1.如何传递信息
2.如何确保进程间在关键活动中不会出现交叉
3.正确的顺序
同样的问题和解决方法也适用于线程

竞争与互斥

竞争条件：两个或多个进程读写某些共享数据，而最后的结果取决于进程运行的精确时序
例如：两个进程都去修改原有数字，一个加，一个减，得到的结果却可能是只加或只减，而并非想象中的既加又减。

问题：如果需要，就有人去买面包；最多有一个人去买面包
解决方法：在冰箱上设置锁和钥匙，去买面包之前要锁上并带走钥匙
死锁：A拿到锁1，B拿到锁2，A想要拿锁2，B想要拿锁1，但双方都要求对方先放弃锁，自己才肯给锁，结果大家都拿不到锁

问题的症结在于，在进程A对共享变量的使用未结束之前，系统发生中断，进程B就使用该共享变量。而B结束恢复到A时，A使用的依然是中断前一刻保存的变量的值，没有更新变量的值

为解决该问题，就要实现互斥，要求
1）互斥：两个进程不能同时处于临界区中
2）不应该对CPU的速度和数量做任何假设
3）无忙等待：等待着的进程可以去睡眠
4）有限等待：不得使进程无限期等待进入临界区

临界区：对共享内存进行访问的程序片段

当一个进程在临界区中更新共享内存时，其他进程将不会进去其临界区，也不会带来任何麻烦

实现互斥

基于硬件的解决方法（仅适用于单处理器）

1.屏蔽中断
在每个进程刚刚进入临界区后立刻屏蔽所有中断（包括时钟中断），并在将要离开之前再打开中断
缺点：
1）对于多处理器的系统，其它CPU仍可以访问该共享内存
2）整个系统都会因此为你而停下来，影响了系统其他本应执行而且当前进程无关的操作
3）只能用于临界区很小的情况

2.锁变量（不可行）
缺点：
同样可能出现恰好在进程A锁变量之前，进程B被调度并提前锁了进程，无法解决竞争
3.严格轮换法（不可行）
缺点：
违反了“临界区外运行的进程不得阻塞其他进程”的原则

基于软件的解决方法（复杂）

4.Peterson解法（两个线程）

#define FALSE 	0
#define TRUE 	1
#define N 		2   /*进程数量*/

int turn;			/*现在轮到谁？*/
int interested[N];	/*所有值初始化为0*/

void enter_region(int process);/*进程号是0或1*/
{
   
	int other;						/*其他进程号*/
	
	other = 1-process;				/*另一方进程*/
	interested[process] = TRUE;		/*表明所感兴趣的*/
	turn = process;					/*设置标志*/
	while (turn == process && interested[other] == TRUE);<