锁和隔离(1)

本文深入探讨了进程和线程的概念,解释了操作系统如何为进程分配独立内存空间,以及线程如何共享内存并充分利用CPU资源。文章还讨论了在多线程环境下,为确保程序正确性和资源排他性,锁的必要性和带来的管理复杂性。

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我们的程序执行单元运行分为两种:进程和线程

操作系统会为进程分配独立内存空间,将正在处理的数据和外部隔离,只有该进程能够对这片内存区域进行读写

但是进程访问外部资源需要独占的时候存在排他性,因此需要加锁

线程则为轻量级执行单元,进程内可以创建线程多个线程,可以充分利用资源,线程间共享内存,线程能够充分利用CPU资源

多线程同时访问一片内存空间需要独占写入时候,需要加锁

锁存在的目的为了确保程序顺序正确性和资源排他性,但是带来了管理复杂性

因此不少应用程序为了减少锁会采用单进程单线程的模式,比如Redis,比如Perl Web,比如PHP

为了解决锁的问题包含-隔离和不变性,支持多线程的编程语言都提供了不少机制在应用程序上下文进行同步和锁操作,常见的方式:

1 提供同步原语 - 隔离

2 分配线程独立内存空间 - 隔离

3 等待和唤醒机制 - 隔离

4 针对各种数据结构的读写锁 - 隔离

再后来为了简化编程,引入了基于消息的编程模型

 

1. 用户与权限管理模块 角色管理: 学生:查看实验室信息、预约设备、提交耗材申请、参与安全考核 教师:管理课题组预约、审批学生耗材申请、查看本课题组使用记录 管理员:设备全生命周期管理、审核预约、耗材采购与分发、安全检查 用户操作: 登录认证:统一身份认证(对接学号 / 工号系统,模拟实现),支持密码重置 信息管理:学生 / 教师维护个人信息(联系方式、所属院系),管理员管理所有用户 权限控制:不同角色仅可见对应功能(如学生不可删除设备信息) 2. 实验室与设备管理模块 实验室信息管理: 基础信息:实验室编号、名称、位置、容纳人数、开放时间、负责人 功能分类:按学科(计算机实验室 / 电子实验室 / 化学实验室)标记,关联可开展实验类型 状态展示:实时显示当前使用人数、设备运行状态(正常 / 故障) 设备管理: 设备档案:名称、型号、规格、购置日期、单价、生产厂家、存放位置、责任人 全生命周期管理: 入库登记:管理员录入新设备信息,生成唯一资产编号 维护记录:记录维修、校准、保养信息(时间、内容、执行人) 报废处理:登记报废原因、时间,更新设备状态为 "已报废" 设备查询:支持按名称、型号、状态多条件检索,显示设备当前可用情况 3. 预约与使用模块 预约管理: 预约规则:学生可预约未来 7 天内的设备 / 实验室,单次最长 4 小时(可设置) 预约流程:选择实验室→选择设备→选择时间段→提交申请(需填写实验目的) 审核机制:普通实验自动通过,高危实验(如化学实验)需教师审核 使用记录: 签到 / 签退:到达实验室后扫码签到,离开时签退,系统自动记录实际使用时长 使用登记:填写实验内容、设备运行情况(正常 / 异常),异常情况需详细描述 违规管理:迟到 15 分钟自动取消预约,多次违规限制预约权限 4. 耗材与安全管理模块 耗材管理: 耗材档案:名称、规格、数量、存放位置、
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