一. 共享内存编程

1. 多线程容易遇到的问题

• 同步：不同线程间的数据保持相同。
• 死锁：线程间数据互相依赖而互相等待。
• Cache 一致性：不同core之间的数据一致性。

2. 多线程可以通过哪些方式实现：

• 多线程编译器：OpenMP
• Unix processes
• Thread: pthread

3. Process和thread的区别

• Thread有一些memory content是可以共享的。
• Linux的process 和thread 几乎没有区别。但是Linux可以通过FLAG定义哪些内容进行共享。

pthread_creat(&thread1,NULL,func1,&arg);
pthread_join(thread1,*status);

func(&arg){
.
.
.
return(*status)
}

二. Pthread

4. pthread的例子

• pthread传输的是void类型，只能在程序内部cast。
• pthread 只是生成线程，怎么沟通和控制需要自己通过memory进行。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#define NUM_THREADS 5

void *PrintHello(void *threadld){
  long* data = static_cast<long*> threadld;
  printf("Hello World! thread #%ld!\n", *data);
  pthread_exit(NULL);
}

int main(int argc, char *argv[]){
  pthread_t threads[NUM_THREADS];
  for(long tid=0;tid<NUM_THREADS;tid++){
       pthread_create(&threads[tid],NULL,PrintHello,(void*)&tid);
  }
  pthread_exit(NULL);
}

5. Pthread Joining & Detaching

• join和detach必须二选一。

• pthread_join(threadId, status)

  • 一直等到特殊的threadId 线程结束，拿到特殊thread的返回值。
  • 线程间同步

• pthread_detach(threadId)

  • 一旦一个线程detached，就永远不可能joined
  • detach a thread 会释放一些系统资源。

6. 同步问题

• 寄存器初始值为5:

producer: move ax, counter      -> ax=5
producer: add ax, 1                   -> ax=6
context switch
consumer: move bx, counter     ->bx =5
consumer: sub bx, 1                  ->bx =4
context switch
producer: move counter, ax       -> counter =6
context switch
consumer: move counter, bx     ->counter =4

• conter的值有可能是4，或6，或5
• 正确的值应该是5.

6.1 Pthread

• Critical Section 临界区
  • 这段代码只能同时被一个process/thread介入。
• Mutual exclusion 互斥
  • 保证只有一个process/thread 可以在in a critical section

• Lock: 一种简单的实现方式去保证临界区的互斥。

while (lock == 1); lock = 1;
.
critical section
. lock = 0;
/* no operation in while loop */ /* enter critical section */
/* leave critical section */

Pthread Lock/ Mutex Routines

• “mutex” 是Pthreads 实现lock的变量
• 最重要的是需要自己判断哪段代码是shared_memory，把这段代码放入互斥区。
• mutex的变量类型：pthread_mutex_t
• pthread_mutex_init()
• mutex必须销毁：pthread_mutex_detroy()
• 临界区 可以被两个函数保护：
  • pthread_mutex_lock(&mutex);
  • pthread_mutex_unlock(&mutex);

#include "pthread.h"
pthraed_mutex_t mutex;        
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_mutex_lock(&mutex); 
        Critical Section
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_mutex_detroy(&mutex);

Bounded-buffer Problem

• 一个有n 个buffer的池子，每个buffer保存一个元素。

• Producer 生产者：

  • 找到一千个空的buffer
  • 写入一个元素到buffer中
  • 如果没有空的buffer，等待

• Consumer

  • 找到一个buffer并收回空间
  • 把buffer放回到free pool中
  • 如果所有buffer是空的，等待。

Condition Variable (CV)

• CV 代表一些condition：