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分散式系統之五:程序/執行緒

本博文主要講訴核心作業系統的程序、執行緒等

程序

    一個程序由一個執行環境和一個或多個執行緒組成。

執行環境:

    資源管理的基本單位,它是一個程序的執行緒所能訪問的由本地核心管理的資源集合,可以提供保護而不被外部執行緒訪問。包含:

    1. 一個地址空間:是一組虛擬記憶體的集合,由核心提供,包含一個固定的、包含程式程式碼的不可更改的正文區域;一個堆,能向高位擴充套件;一個棧,能向地位擴充套件。

    2. 執行緒同步和通訊資源,如訊號量和通訊介面(例如套接字)

    3. 高階資源,如開啟的檔案和視窗

建立新程序:

    由作業系統提供的一個不可分割的操作。例如,UNIX的fork系統呼叫建立一個新的程序,它的執行環境是從其呼叫程序拷貝得來的;UNIX的exec系統呼叫是將呼叫程序轉化為執行一個指定名字的程式的程式碼的程序。

    在分散式系統中,新程序的建立過程可以被劃分為兩個獨立的方面:

    1. 選擇目標主機

    2. 建立執行環境(和一個初始執行緒)

選擇目標主機:(策略問題)

    1. 轉移策略決定是新程序是在本機執行還是轉移給其他機器,是根據本機節點的負載來決定。可以是確定的(節點A轉移到節點B),也可以是非確定的(節點A隨機轉移到B~E之間的任何節點)。

    2. 定位策略決定是選擇哪個節點來駐留被轉移的程序,這取決於節點的相對負載情況、機器的體系結構和它是否擁有某些特殊資源。

建立執行環境:(兩種方式)

    1. 當地址空間是一個靜態定義的格式時,地址空間區域可根據指定了地址空間區域範圍的列表來建立,然後地址空間區域由一個可執行檔案程序初始化或者零填滿。

    2. 根據一個已存在的執行環境來定義地址空間。例如UNIX fork操作:新建立的子程序共享父程序的正文區域,同時,它的堆和棧區域在大小上(以及初始內容)是父程序的拷貝。

執行緒

優點:

    1. 增加操作間併發執行程度

    2. 執行緒的建立和管理開銷比程序少

    3. 共享一個執行環境,也就是說更容易共享資源

    4. 執行緒間的切換代價低。

執行緒的建立:

    為執行緒的棧分配一個區域併為處理器中的暫存器、執行緒執行狀態(初始值可以是SUSPENDED或RUNNABLE),以及優先順序提供一個初始值。

執行緒程式設計:(java)

    1. Thread(ThreadGroup 

group,Runnable target,String name),建立一個狀態為SUSPENDED的新執行緒;它屬於group;其識別符號為name。

    2. setPriority(int newPriority),getPriority()設定和返回執行緒的優先順序

    3. run()如果執行緒的目標物件有run()方法,執行緒執行其目標物件的run()方法,否則它執行自己的run()方法,(Thread實現Runnable)。

    4. start()將執行緒的SUSPENDED狀態轉換為RUNNABLE狀態。

    5. sleep(long millisecs)將執行緒轉換為SUSPENDED狀態,並持續指定的時間

    6. yield()進入READY狀態並呼叫排程程式

    7. destroy()銷燬程式

    8. join(long millisecs)呼叫程序阻塞指定的時間,知道thread終止為止

    9. interrupt()中斷thread,使其從導致它阻塞的方法(如sleep())返回。

    10. wait(long millisecs, int nanosecs)阻塞呼叫執行緒,直到呼叫object的notify()或notifyAll()方法喚醒執行緒,或者執行緒被中斷,又或者阻塞了指定的時間為止。

    11. notify(),notifyAll()分別喚醒一個或多個在object上呼叫的wait()方法的執行緒。

執行緒同步:

    共享物件並用於執行緒協調和合作。因為執行緒並沒有靜態(類)變數或物件例項變數的私有拷貝。

    Java提供了synchronized關鍵字以便程式設計師為執行緒的協調指定監視器。程式設計師可以指定完整的方法,也可以指定任意程式碼塊作為屬於某個物件的監控器。監視器可以保證同一時刻最多隻有一個執行緒在執行。

    Java允許通過任何作為條件變數的物件來阻塞或喚醒執行緒。需要阻塞以等待某一條件的執行緒呼叫一個物件的wait()方法。所有的Java物件都實現這一方法,因為它屬於Java的根Object類。另外一個執行緒呼叫notify()方法來為至多一個等待該物件的執行緒接觸阻塞狀態,也可以呼叫notifyAll()方法為所有等待該物件的執行緒接觸阻塞狀態。這兩個方法也屬於Object類。

    由於博主知識有限,如有誤,請指正點評,歡迎交流

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