总结(一)

标签：位置   执行文件   thread   设备   app   code   优化   osi   提升   

[toc]

计算机软件体系结构

每个层次之间的通信的协议叫做接口(Interface)。
开发工具和应用程序在同一层，称之为操作系统应用程序接口(API: Application Programming Interface)。API由运行库来提供，什么样的运行库提供什么样的API。Linux下的glibc提供POSIX的API， Windows提供Windows的API。
运行库使用操作系统提供的系统调用接口。系统调用常常使用软件中断来实现。Linux常常使用0x80号中断。
操作系统的硬件接口的使用者，操作系统与硬件进行通信的协议称之为硬件规格。

操作系统

操作系统的官方解释：操作系统 是一组控制和管理计算机系统中所有资源的程序的集合。
操作系统的功能：
处理机(CPU)管理
单道程序、 多道程序调度
因为CPU处理速度与I/O速度的极大差距，所以产生了多种CPU调度方式，比如分时系统，多任务系统。
存储管理
设备管理
文件管理
网络管理

内存问题

程序简单装入内存： 分配连续的程序需要的全部的物理内存。
例如： PA 需要内存10M, PB需要内存100M, PC需要20M
将前10M分配给A， 10~110M分配给B，这样可以同时运行。
存在问题：

• 地址空间不隔离
• 内存使用效率低
• 程序运行地址不确定
  解决办法：
  分段： 设置虚拟地址机制，将程序的段通过映射函数映射到物理内存中
• 分段优点： 分段解决了地址空间不隔离，和程序运行地址重定位的问题，他通过映射使得物理地址对于程序来说的透明的
• 分段存在问题：但是并没有解决内存使用效率低的问题，因为大块内存的出现会使得出现类似内存碎片得东西。
  分页：使用更小得粒度来进行内存分割和映射。
  一般来说，4KB作为页大小。

线程和进程

线程定义

线程， 轻量级进程， 是程序执行流的最小单元。由线程ID,当前指令指针、寄存器集合和堆栈组成。
进程和线程之间的关系
一个进程由一个或者多个线程组成，各个线程之间共享进程级资源(打开的文件或者信号)和程序的内存空间(代码段、数据段、堆)。
为什么使用多线程：

• 单线程存在阻塞等待，利用多线程来避免，利用等待时间进行其他操作
• 逻辑本身要求多线程，多段通信下载
• 多核计算机成为单线程程序的效率上限

• 数据共享方面的优势

  线程的访问权限

  

线程调度

线程调度方式： 优先级调度、轮转法
优先级调度中的几个概念：
频繁等待的线程称为IO密集型线程
很少等待的线程称为CPU密集型线程
一般来说，IO密集型的线程的优先级较之CPU密集型的线程的优先级要高。
线程优先级变更的方式：

• 用户使用函数来进行指定setThreadPriority
• 根据进入等待状态的频繁程度来进行优先级的提升和降低
• 长时间得不到执行而提升

可抢占线程和不可抢占线程

所谓抢占就是在某个线程在时间片没有用完的前提下，强制从执行状态进入就绪状态。
不可抢占线程中也有线程主动放弃执行的情况：

• 主动放弃时间片
• 试图等待某事件发生的时候

Linux的多线程

不同于Windows系统， Linux系统对于多线程的支持并不是那么完善。
Linux对于每一个执行实体都称之为任务，这是一个单线程的进程，具有内存空间，执行实体。
具有着共享同一个内存空间的多任务构成了一个进程，这些任务也就成了进程的线程。
Linux创建线程的方式：
fork()函数产生一个与当前进程一样的新进程，产生的新进程与主进程之间共享着写时复制的内存空间。
exec()系列函数是使用一个新的可执行文件映像。
利用fork产生新进程，然后再新进程中使用exec来产生新任务。

还有一个函数是clone()，产生新任务，并从指定位置执行，可以继承父进程的某些可选资源。

线程安全

多进程中对于非原子性操作，出现操作竞争，会出现重复写入，延迟读的情况。
原子性操作： 对于CPU来说是单指令操作。
提高线程安全性的方法：

• 使用操作系统提供的原子性的操作
• 使用同步和锁机制
  同步和锁
  同步(synchronization)： 在当前进程没有完成数据访问之前，其他线程不能够对该数据进行访问。
  锁(Lock)： 在访问资源之前首先试图获得锁，在访问结束后释放锁。如果在访问之前获得锁失败，线程会等待，直到锁重新可用。
  常见的锁：
  二元信号量： 只有两种状态， 占用和非占用。
  多元信号量： n元信号量，如果获得该锁后，信号量减一， 释放锁后，信号量加一，当信号量为负数时就进入等待状态。
  互斥量(mutex) 与二元信号量很像。但是不同的是，信号量可以有其他线程获取并释放。但是互斥量要求哪个线程获得的互斥量，哪个线程就需要释放， 其他线程无法释放。
  临界区 比互斥量更加严格的手段。与互斥量的区别是：临界区的范围仅仅限制与本进程，其他进程无法获得该锁。
  读写锁 对某一个资源的锁有两种共享S锁和都独占X锁
  

可重入的概念：
过度优化问题：编译器对于程序的优化，使得并不能让程序按照我们想象的方式来进行。
例如单例模式：

volatile T *pInst = 0;
T *getInstance() {
    if (pInst == NULL) {
        lock();
        if (pInst == NULL) {
            pInst = new T;
        }
        unlock();
    }
    return pInst;
}

这个单例模式其实是有问题的，问题来源与CPU乱序执行。
C++中new包含两个步骤：

1. 分配内存
2. 调用构造函数
   所以那个pInst=new T;包含三个步骤：
3. 分配内存
4. 调用构造函数

5. 将内存首地址赋值给pInst
   其中第二步和第三步是可以颠倒顺序的。
   线程A 在先给pInst赋值后并没有完成构造，线程B这个时候调用getInstance会返回一个没有构造完成的T给用户使用。
   解决办法：

   #define barrier() __asm__ volatile ("lwsync")
   volatile T *pInst = 0;
   T *getInstance() {
   if (pInst == NULL) {
       lock();
       if (pInst == NULL) {
           T *temp = new T;
           barrier();
           pInst = temp;
       }
       unlock();
   }
   return pInst;
   }

三种线程模型

1. 一对一，每一个用户态的线程都对应一个内核里的线程，反之不成立
2. 多对一， 多个用户态的线程对应一个内核里的线程， 存在问题：如果一个用户态线程阻塞，那么对应于同一内核线程的所有用户态线程都会阻塞。
3. 多对多， 以上两种方式的结合，利用调度算法， 效率上不如一对一。

总结(一)

标签：位置   执行文件   thread   设备   app   code   优化   osi   提升   

原文地址：https://www.cnblogs.com/Alruddy/p/9123496.html