并发编程学习总结

晨曦之光 发布于 2012/06/06 16:09
阅读 138
收藏 2

我看书有个特点,不写笔记,就感觉好像没有看过书,印象不深刻(虽然写了也未必深刻),所以我看书会比较慢,笔记会很多。这里总结一下并发。
最近学习《深入理解计算机系统》,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。我们公司在工作中用的最多的其实是第二种。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一种并发的机制: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,所以一般情况下,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。
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。
缺点:1)进程间共享信息变得困难,需要通过进程间通信(IPC)来解决。2)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、I/O多路复用
这是我们用的比较多的一种方式。之前写过这方面的一篇文章:表驱动法
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。具体的还是看这篇文章:http://blog.csdn.net/lanphaday/article/details/7218611
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
这个是书上没有,我最近接触的。他也可以提供并发。目前所讨论的协程,一般是编程语言提供支持的。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,后面抽时间总结一下。

总结一下:
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。


原文链接:http://www.cnblogs.com/chgaowei/archive/2012/06/06/2538074.html
加载中
返回顶部
顶部