计算机基础

Spooling

Spooling：假脱机技术，虚拟设备技术。

• 一种关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信息的技术。
• 利用高速共享设备将低速的独享设备模拟成高速的共享设备。
• 逻辑上，系统为每个用户都分配了一台独立的高速独享设备。

Spooling.jpg

• 在输入、输出之间增加了排队转储环节 -- 输入井、输出井
• Spooling负责输入井和输出井与低速设备之间的调度
• 逻辑上，进程直接与高速设备交互，减少了进程的等待时间

线程同步

两个线程的指令是交叉执行的，在访问同一份临界资源时，就可能造成线程同步问题。
互斥量：互斥锁，保证两个线程访问临界资源的关键指令先后执行，也即是原子性

• 最简单的线程同步方法，会阻塞线程
• 处于两个状态之一的变量：解锁、加锁
• 两个状态可以保证资源访问的串行

自旋锁
自旋锁也是一种多线程同步的变量，工作原理与互斥量相同，对临界资源加锁、解锁。

• 使用自旋锁的线程会反复检查锁变量是否可用
• 自旋锁不会让出CPU，是一种忙等待状态
• 自旋锁本质上是死循环等待锁被释放

与互斥量相比的优点：

• 自旋锁避免了进程或线程上下文切换的开销
• 操作系统内部很多地方使用了自旋锁
• 自旋锁不适合在单核CPU上使用

读写锁：基于临界资源的考量，对锁做出的改进。

临界资源多读少写，读取时并不会改变临界资源的值。由此，是否存在效率更高的同步方法呢？-- 读写锁

• 读写锁是一种特殊的自旋锁，允许多个读者同时访问资源以提高读性能，但对写操作仍然是互斥的。
• 对读操作的指令加/解读锁，对写操作的指令加/解写锁

条件变量

• 条件变量是一种相对复杂的线程同步方法，使用场景更加灵活
• 条件变量允许线程睡眠-- wait，直到满足某种条件
• 当满足条件时，可以向该线程发送唤醒信号-- signal/notify

进程同步

进程与线程.jpg

由于操作系统的进程管理，进程 间的内存空间是相互独立的。
进程默认不能访问进程空间之外的内存空间。

共享内存
共享内存是操作系统提供的一种实现进程同步的重要方法，也是高性能后台开发中最常用的进程同步方式。

共享内存.jpg

• 共享存储允许不相关的进程访问同一片物理内存。
• 共享内存是两个进程之间共享和传递数据最快的方式。
• 共享内存并未提供同步机制，需要借助其他机制管理访问。

使用步骤：申请共享内存 -> 连接到进程空间 -> 使用共享内存 -> 脱离进程空间并删除

Unix域套接字

• 域套接字是一种高级的进程间通信的方法，可用于同一机器进程间的通信。

套接字(socket) 原是网络通信中使用的术语，Unix系统提供的域套接字提供了网络套接字类似的功能。

• Unix域套接字不需要额外的机制管理进程同步问题。
• 在部署Nginx、uWSGI ...等服务时，都会使用到Unix域套接字。

将两个进程分别命名为客户端、服务端，通过域套接字进行通信
客户端进程 <-- [域套接字] --> 服务端进程

域套接字的使用.jpg

• 提供了单机简单可靠的进程通信同步服务
• 只能在单机使用，不能跨机器使用。跨机器时需要使用网络套接字。

线程池

线程池是存放多个线程的容器；
CPU调度线程执行后不会销毁线程，而是放回线程池重复利用。

使用线程池的目的：

• 线程是稀缺资源，不应该被频繁的创建和销毁；
• 架构解耦，线程创建和业务处理解耦，更加优雅；
• 线程池是使用线程的最佳实践。

阿里的Java手册中强制要求使用线程池。