【正文】 作所界定 : ? P: Proberen，意味著測試。 – 如果信號量的值大于 0， P操作把信號量的值減 1并返回；如果當(dāng)前信號量的值為非正數(shù)則 P會等待。 ? V: Verhogen，意味著增加 – V操作對信號量的值加 1，并喚醒那些等待的進線程 ?信號量的物理含義 ? 當(dāng)信號量 0時，表示有 ? 當(dāng)信號量 =0時，表示所有資源被用，但無線程等待 ? 當(dāng)信號量 0時，表示所有資源被用，且還有||個線程在等待資源P(mutex)。 sum++。 V(mutex)。 P(S) { // P操作的定義 。 if(0) { 加本線程到 。 Block()。 } } V(S) { //V操作的定義 ++。 if(=0) { 從 P。 Wakeup(P)。 } } 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計 Southeast University 東 南 大 學(xué) 38 互斥與同步 ? 同步原語 ?信號量 ?信號量用于互斥 ? 一個單向的獨木橋，一次只能走一個人，若用進程表示每個人，用 P、 V操作給出各人的過橋過程 ? 一個售票廳只能容納 300人，當(dāng)少于 300人時可以進入，否則，需在外等候，若將每一個購票者作為一個進程，請用 P、 V操作表示該購票過程。 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計 Southeast University 東 南 大 學(xué) 39 互斥與同步 ? 同步原語 ?信號量 ?信號量用于同步 ? 生產(chǎn)者 消費者問題（緩沖區(qū)為空，消費者不能再消費，緩沖區(qū)為滿，生產(chǎn)者不能再生產(chǎn)） – 一個生產(chǎn)者，一個消費者，公用一個緩沖區(qū) – 一個生產(chǎn)者，一個消費者，公用 n個環(huán)形緩沖區(qū) – 多個生產(chǎn)者，多個消費者，公用 n個環(huán)形緩沖區(qū) ? 桌上有一空盤，允許存放一只水果。爸爸可向盤中放蘋果或者桔子，兒子專等吃盤中的桔子，女兒專等吃盤中的蘋果。規(guī)定當(dāng)盤空時一次只能放一只水果供吃者取用，請用 P、 V操作實現(xiàn)爸爸、兒子、女兒三個并發(fā)進程的同步。 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計 Southeast University 東 南 大 學(xué) 40 互斥與同步 ? 同步原語 ?互斥量（鎖） ?鎖類似于信號量，但在一個實例中只有一個線程能操作鎖。也就是說鎖實際上是特殊的信號量，其資源只有 1個。 ?鎖上的兩個基本的原子操作 : ? Acquire()或 lock():以原子形式等待鎖狀態(tài)到“開鎖”，等到后進臨界區(qū)操作，并設(shè)置鎖狀態(tài)為“上鎖”。 ? Release()或 unlock(): 以原子狀態(tài)改變鎖狀態(tài)從“上鎖”到“開鎖”。 Thread A …… mutex lock()。 sum=sun+1。 mutex unlock()。 Thread B …… mutex lock()。 sum=sun*2。 mutex unlock()。 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計 Southeast University 東 南 大 學(xué) 互斥與同步 ? 同步原語 ?事件 ?事件 (Event)是 WIN32提供的最靈活的線程間同步方式。 ?事件存在兩種狀態(tài)： ? 激發(fā)狀態(tài) (signaled or true) ? 未激發(fā)狀態(tài) (unsignal or false) ?事件可分為兩類： ? 人工重置：這種對象只能用程序來手動設(shè)置，在需要該事件或者事件發(fā)生時，采用 SetEvent及ResetEvent來進行設(shè)置。 ? 自動重置：一旦事件發(fā)生并被處理后，自動恢復(fù)到?jīng)]有事件狀態(tài)，不需要再次設(shè)置。 41 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計 Southeast University 東 南 大 學(xué) 42 進程、線程和并行程序設(shè)計 ? 內(nèi)容 ?進程的概念 ?什么是線程 ?線程的設(shè)計 ?互斥與同步 ?并行程序設(shè)計的常見問題 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計 Southeast University 東 南 大 學(xué) 43 并行程序設(shè)計的常見問題 ? 更多的線程意味著更高的性能嗎？ Pentium D *205101520251 2 4 8 10 20 50 線程數(shù)秒Pentium Dualcore 2160 *205101520251 2 4 8 10 20 50線程數(shù)秒Xeon 5110 *2 *2 051015202530351 2 4 8 10 20 50線程數(shù)秒Xeon E5310 *4 *20510152025301 2 4 8 10 20 50線程數(shù)秒 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計 Southeast University 東 南 大 學(xué) 44 并行程序設(shè)計的常見問題 ? 更多的線程意味著更高的性能嗎？ ?原因 : ?線程啟動和終止的代價掩蓋了有用的工作 ?共享固有硬件資源的開銷 ? 頻繁切換進程或線程容易引起 Cache顛簸 ? 切換線程本身有代價 ?有用的嘗試 ?運行的線程數(shù)量最好低于等于硬件線程數(shù) ?用 OpenMP來做工作 ?使用線程池 ?任務(wù)竊取 多核結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計 Southeast University 東 南 大 學(xué) 45 并行程序設(shè)計的常見問題 ? 競爭激烈的鎖 ?優(yōu)先級倒置 ?如果不是資源搶占式優(yōu)先級，則有可能一個低優(yōu)先級的線程占用了鎖，而高優(yōu)先級的線程等待并可能錯過臨界期限。 ?優(yōu)先級倒置的解決辦法 ? 優(yōu)先級繼承 ? 優(yōu)先級頂置 ?競