并行编程基本工具

Posix 多进程

• 进程通过fork()原语进行创建，使用kill()原语进行销毁，也可使用exit()原语自我撤销。执行fork()的进程是新创建进程的父进程。父进程可以通过wait()原语等待子进程的执行完成
• fork()执行成功后一共返回2次，一次返回给父进程，另外一次返回给子进程
• fork()创建出来的进程是不会共享内存，采用了COW的策略，父子进程在只读模式下共享变量，一旦父进程或者子进程修改变量时候，在自己的进程空间中复制这个变量进行修改。

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int x = 100;
void wait_all()
{
    int pid;
    int status;
    for (;;)
    {
        pid = wait(&status);
        if (pid == -1)
        {
            if (errno == ECHILD)
            {
                break;
            }
            perror("wait");
            exit(-1);
        }
    }
}
int main()
{
    int pid = fork();
    if (pid < 0)
    {
        perror("fork");
        exit(-1);
    }
    if (pid == 0)
    {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
        x = 200;
        std::cout << "return child  process:" << getpid() << ",x=" << x << std::endl;
    }
    else
    {
        std::cout << "return parent process:" << getpid() << ",x=" << x << std::endl;
    }
    wait_all();
    return 0;
}

Posix 多线程

• 在一个已有的进程中的创建线程需要使用pthread_create原语，多线程模型的pthread_join是对fork-join中wait()的模仿，它会阻塞到某个线程返回。
• 线程返回有两种方式，一种是pthread_exit返回；另外一种是pthread_join返回。
• 多线程模型中多个线程会共享进程之间的数据，可能存在数据竞争的情况。Posix提供了锁的机制来避免数据竞争，在Posix锁包括了几个原语，其中最基础的是pthread_mutex_init、pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock。pthread_mutex_init来初始化锁,pthread_mutex_lock是用来获取锁，pthread_mutex_unlock是用来释放锁，并且这2个是相互互斥的加锁和解锁原语
• Posix API提供一种读写锁，用pthread_rwlock_t类型来表示，pthread_rwlock_rdlock原语获取pthread_rwlock_t的读锁，pthread_rwlock_ unlock来释放锁。在任意时刻，一个线程持有给定pthread_rwlock_t的写锁，但同时多个线程可以持有给定pthread_rwlock_t的读锁
• 临界区资源最小化时候互斥锁、读写锁的开销非常大，考虑到性能可以使用gcc提供的原子操作来保护这些最小化资源。
• __sync_synchronize()原语是一个内存屏障，它限制编译器和CPU对指令乱序执行的优化；在某些情况下，只限制编译器对指令优化，可以使用barrier()原语。

并发编程工具的选择

• 在能解决问题的前提下，并发编程工具选择最简单的一个,如果可以尽量使用串行编程，如果达不到要求，使用shell脚本来实现并行化。如果shell脚本的fork/exec开销太大，可以使用GNU C的fork和wait原语。如果这些原语开销太大，可以使用Posix线程库原语，选择合适的锁机制或者原子操作