并发编程：动机

void http_server(int fd) {
    while (1) {
        nread = read(fd, buf, 1024);
        handle_request(buf, nread);
    }
}

如果 buf 到来的时间不确定？

• 瞬间有大量请求到来
  • 代码等 handle_request 完成才读取下一个请求
  • 如果系统里有多个 CPU，这就更浪费了
• 我们想要有共享内存的进程

解决方法：加一个操作系统 API

C 程序的状态机模型

• 初始状态：main(argc, argv, envp)
• 状态迁移：执行一条语句 (指令)

多线程程序的状态机模型

• 增加一个特殊的系统调用：spawn()
  • 增加一个 “状态机”，有独立的栈，但共享全局变量
• 状态迁移：选择一个状态机执行一条语句 (指令)
  • Let's do it with model checker

并发 v.s. 并行

并发

• 逻辑上的 “同时执行”
  • 可以由操作系统/运行库模拟出的 “轮流执行”
  • (也可以是真正同时执行)

并行

• 真正意义上的 “同时执行”
• 有 (共享内存的) 多个处理器
  • 同时执行指令 (load/store 访问共享内存)

多处理器编程：入门

简化的线程 API (thread.h)

• spawn(fn)
  • 创建一个入口函数是 fn 的线程，并立即开始执行
    • void fn(int tid) { ... }
    • 参数 tid 从 1 开始编号
• join()
  • 等待所有运行线程的返回
    • main 返回默认会 join 所有线程
  • 行为：while (num_done != num_threads) ;

多处理器编程入门，就这么简单

#include <thread.h>

int x = 0, y = 0;

void inc_x() { while (1) { x++; sleep(1); } }
void inc_y() { while (1) { y++; sleep(2); } }

int main() {
    spawn(inc_x);
    spawn(inc_y);
    while (1) {
        printf("\033[2J\033[H");
        printf("x = %d, y = %d", x, y);
        fflush(stdout);
    }
}

• 这个程序 “证明” 了全局变量确实是共享的

更多的问题

多线程程序真的利用了多处理器吗？

• 并发确定了，那是不是真并行？

线程是否具有独立堆栈？

• 如果是，栈的范围？

如何用 gdb 单步调试多线程程序？

• LLM 帮你读过 The Friendly Manual 了
• EuroSys 时的对话：System 人最擅长的就是底层工具的使用，曾经是 “做 system” 的壁垒；但现在有 LLM 了，这都不算什么了