【jyy os 2024】并发

05-多处理器编程

共享内存推翻了“原子性”的假设，同时也出现了并发性的Bugs
同时由于并发性的出现，编译的很多优化是不能做的了

06-并发控制：互斥 (1) (Peterson 算法、原子操作、自旋锁)

互斥->控制并发的出现->那为什么还需要并发？->代码是有一部分没办法并发执行，有一部分可以并发执行的->实际的计算是可以并行的。我们可以用很少的时间（阻止并发），把计算任务分配出去，剩下的时间都是在做局部的计算，不涉及共享状态的改变
实现互斥：
1.stop the world->关闭中断->实现原子性；有些中断是不可以屏蔽的
关中断不是万能的。单处理器系统可以，但是多处理器系统不行
2.Peterson算法：
只能在单处理器系统上
要进入临界区：举起自己的旗子，将 写有对方名字的旗子贴在门上；
然后进入持续观察：对方是否举旗子，门上的名字->进入的条件：对方没有举旗子旗子或者是门上贴的是自己的名字；
从临界区出来之后：放下自己的旗子
3.原子操作：软件方面不好实现，让硬件来实现->原子指令，一小段时间的“stop the world”
自旋锁：为每一个重要的资源都设置一把锁，多个进程去争抢的时候只有一个进程可以把状态置换出来
假如说T1现在获得了锁，然后被中断了，后面T2、T3无法获得锁，就会一直试图获取锁。由于在用户程序中，我们无法关中断，所以在用户程序中实现自旋锁是一个容易浪费资源的行为。但是在实际中OS会关中断，使得这种状况不会出现。

07-并发控制：互斥 (2) (内核中的自旋锁、Read-Copy-Update、互斥锁和 futex)

每一个CPU里面都有一位表示，我要不要打开中断。关中断是关的本CPU的中断，其他CPU的不会被关掉。
内核中有很多只读的进程。->Rerad-copy-update->写时复制->每次创建一个全新的变量，然后把写的指针移过去->所以会有读写交错的时候，这个时候可能会有一部分人读到的是旧版本的数据，但是有一部分人读到的是新版本的数据->牺牲了读写一致性来实现并发
当所有CPU切换一次线程后，所有CPU都不会再访问旧版本，就可以回收旧版本了

08-调试理论与实践 (Fault, Error, Failure；调试一切)

摆正心态：1.机器永远是对的；2.未测代码永远是错的
调试为什么困难：
需求->设计->代码（fault/bug）->执行(error)->失败(failure，可观测)
我们只能观测到failure，即是可观测的结果错->调试理论:如果我们能判定任意程序状态的正确性，那么给定一个 failure，我们可以通过二分查找定位到第一个 error 的状态，此时的代码就是 fault (bug)->所以我们喜欢单步调试(gdb/printf)
大部分error和failure是比较接近，出错时可以使用perror打印日志
找不到问题的原因：出错原因报告不准确、程序执行的过程看不到->把状态机拆开->ssh/gcc/make

- `ssh`：使用 `-v` 选项检查日志
- `gcc`：使用 `-v` 选项打印各种过程
- `make`：使用 `-nB` 选项查看完整命令历史

- Profiler: `perf` - “采样” 状态机
- Trace: `strace` - 追踪系统调用

09-并发控制：同步 (1) (生产者-消费者、条件变量)

让每一个进程都自旋等到所有进程到达同步条件达成
线程有先后，先来先等待
经典同步问题：生产者-消费者问题