C++并行与分布式编程

.2.7 在并行或分布式设计中必须进行交流 20
小结 21

第3章 将c++程序分成多个任务 22
3.1 进程的定义 22
3.2 进程剖析 24
3.3 进程状态 26
3.4 进程调度 28
3.5 上下文切换 33
3.6 创建进程 34
3.7 终止进程 46
3.8 进程资源 48
3.9 什么是异步进程和同步进程 52
3.10 将程序分成多个任务 55
小结 63

第4章 将c++程序分成多个线程 64
4.1 线程的定义 64
4.2 线程剖析 69
4.3 线程调度 71
4.4 线程资源 75
4.5 线程模型 76
4.6 pthread库介绍 80
4.7 简单多线程程序剖析 81
4.8 创建线程 83
4.9 管理线程 90
4.10 线程安全和线程库 111
4.11 将程序分解成多个线程 113
小结 122

第5章 任务间并发的同步 124
5.1 执行顺序的协调 124
5.2 同步数据访问 127
5.3 什么是信号量？ 129
5.4 面向对象的同步方法 144
小结 144

第6章 通过pvm为c++增加并行编程能力 145
6.1 pvm支持的经典并行模型 145
6.2 为c++语言提供的pvm库 146
6.3 pvm的基本机制 162
6.4 在pvm任务中访问标准输入（stdin）和标准输出（stdout） 170
小结 171

第7章 错误处理、异常和软件可靠性 172
7.1 什么是软件可靠性？ 173
7.2 软件层和硬件组件中的失效 174
7.3 依赖于软件规范的缺陷定义 175
7.4 考虑在哪里处理缺陷与在哪里处理异常 175
7.5 软件可靠性：一个简单方案 177
7.6 在错误处理中使用map对象 178
7.7 c++的异常处理机制 181
7.8 事件图、逻辑表达式和逻辑图 186
小结 188

第8章 c++分布式面向对象编程 189
8.1 工作的分解与封装 190
8.2 访问其他地址空间中的对象 193
8.3 基本corba消费者剖析 202
8.4 corba生产者剖析 204
8.5 corba应用程序的基本设计蓝图 205
8.6 名字服务 209
8.7 深入了解对象适配器 217
8.8 实现池与接口池 218
8.9 使用corba的简单分布式web服务 219
8.10 交易服务 220
8.11 客户/服务器范例 222
小结 223

第9章 mpi与使用模板的spmd和mpmd模型 224
9.1 mpi的工作分解结构 225
9.2 使用模板函数表示mpi任务 229
9.3 简化mpi通信 237
小结 242

第10章 可视化并发和分布式系统设计 244
10.1 可视化结构 245
10.2 可视化并发行为 257
10.3 可视化整个系统 271
小结 274

第11章 设计支持并发的组件 275
11.1 使用接口类 276
11.2 深入了解面向对象的互斥和接口类 281
11.3 保持流隐喻 287
11.4 与pvm流协同工作的自定义类的设计 292
11.5 把面向对象的管道和fifo作为低级构建块 294
11.6 支持并发的框架类组件 312
小结 315

第12章 实现面向agent的体系结构 317
12.1 什么是agent？ 317
12.2 什么是面向agent编程？ 321
12.3 基本agent组件 324
12.4 用c++实现agent 329
12.5 多agent系统 344
小结 344

第13章 使用pvm、线程和c++组件的黑板体系结构 345
13.1 黑板模型 345
13.2 构造黑板的方法 347
13.3 知识库剖析 349
13.4 黑板的控制策略 349
13.5 使用corba对象实现黑板 351
13.6 使用全局对象实现黑板 365
13.7 使用pthread激活知识库 367
小结 369

附录a 371

附录b 380

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　　最后，我们在并发操作中采用的几种机制使用TCP/IP作为协议。特别是MPI（Message Passing Interface，消息传递接口）库、PVM（Parallel Virtual Machine，虚拟并行计算机）库和MICO（CORBA）库，这些机制都使用TCP/IP作为协议。因此，这允许我们的方法可以用于Internet/Intranet环境，这意味着并行协同运转的程序可以在Internet或者企业的Intranet中的不同站点上执行，并且通过消息传递通信。关于并发操作的思想，有许多是Web服务基础结构的基石。除了MPI和PVM例程外，我们使用的CORBA对象可以跨越Internet与不同的服务器进行通信。这些构件可以用来提供多种Internet/Intranet服务。
　　
　　并行和分布式编程的方法
　　我们提倡对分布式和并行编程中存在的挑战和障碍使用组件方法。我们主要的目标是使用框架类作为并发的构建块。框架类通过面向对象的互斥锁、信号量、管道和套接字支持。通过使用接口类，任务同步和通信的复杂度大大降低了。我们采用agent驱动的线程和进程来促进线程和进程的管理。对于全局状态及其相关问题，我们的主要方法包括黑板模型的使用。我们综合面向agent和面向对象的体系结构来实现多范例解决方法。通过使用支持面向对象编程、参数化编程和结构化编程的C++语言，使多范例的方法成为可能。
　　
　　为什么选用C++？
　　实际上每个平台和操作环境都有可以利用的C++编译器。ANSI（American National Standards Institute，美国国家标准化协会）和ISO（International Standard Organization，国际标准化组织）已经为C++语言及其库定义了标准。C++语言有与商业实现一样健壮的开源实现。C++语言在世界范围内已经广泛地被研究人员、设计者和专业开发人员采用。C++语言已经用于解决不同规模和形式（从驱动程序到大规模的工业应用程序）的问题。C++语言支持软件开发的多范例方法，并且已经可以使用增加了并行和分布式编程能力的库。
　　
　　并行和分布式编程的库
　　MPICH（MPI的一种实现）、PVM库和Pthread（POSIX线程）库用来实现使用C++的并行编程；MICO（CORBA标准的C++实现）用来实现分布式编程。C++标准库与CORBA和Pthread库结合在一起，为本书讨论的面向agent和黑板编程概念提供了支持。
　　
　　新的单一UNIX规范标准
　　新的单一UNIX规范标准，版本号为3，于2001年发布，是IEEE和Open Group合作的结晶。新的单一UNIX规范包括POSIX标准，并且为应用程序员提供了可移植性。该标准为软件开发人员提供一个单独的、所有UNIX系统都支持的API集合。它为需要编写多任务和多线程应用程序的程序员提供了一个可靠的标准路线图。本书中我们关于进程创建、进程管理、Pthread库、新的posix_spawn()例程、POSIX信号量和FIFO的讨论都基于单一UNIX规范标准。本书中的附录B包含的单一UNIX规范标准的摘录可以用作我们所提供的资料的引用。
　　
　　本书面向的读者
　　本书为软件设计人员、软件开发人员、应用程序员、研究员、教育工作者以及使用C++语言、需要并行和分布式编程导论的学生编写。学习本书需要具有初步的C++语言和标准C++类库的知识。本书不是C++编程或者面向对象编程的指南，假定了读者对面向对象技术（例如封装、继承和多态）已有基本的了解。本书介绍了C++语言环境中并行和分布式编程的基本知识。
　　
　　支持的开发环境
　　本书中所提供的例子和程序都是在Linux和UNIX环境，具体说就是Solaris 8、Aix和Linux（SuSE，Red Hat）下开发和测试的。PVM和MPI代码是在基于Linux、具有32个节点的集群上开发和测试的。本书中的大多数程序在SUN公司的Enterprise 450上进行了测试。我们使用了SUN公司的C++ Workshop、Portland Group的C++编译器以及GNU C++。本书中的大多数例子都可以在UNIX和Linux两个环境中运行，对于在这两种环境下都不能运行的例子，本书在为完整的程序例子提供的程序说明（Program Profile）中进行了注释。
　　
　　补充
　　UML图:
　　本书中的许多图使用了UML（Unified Modeling Language，统一建模语言）标准，特别是用来描述重要的并行操作的体系结构和类关系的活动图、部署图、类图、状态图。尽管在本书中对UML的了解不是必需的，但是精通UML的话会有很大的帮助。附录A包含了本书中所使用的UML符号和语言的解释和描述。
　　
　　程序说明
　　本书中每个完整的程序都有一个程序说明。说明中包含有诸如所需的头文件、所需的库、编译指令和链接指令的实现的详细说明。说明同样也包括一个“注意”说明段，该段中包含了执行该程序时需要注意的特殊考虑事项。对于没有说明的代码则意味着该代码仅限于讲解目的。
　　
　　补充内容
　　我们尽量避免在像本书一样的入门教材中采用过于理论的表示法。但是，在某些情况下理论或者数学表示法是不可避免的。在这种情况下，我们使用了理论或者数学表示法，但是我们在补充内容中为该表示法提供了详细的解释。
　　
　　测试和代码可靠性
　　尽管本书中所有的代码和应用程序为了保证正确性已经进行了测试，但是我们不保证本书中所包含的程序没有缺陷或者错误，与任何特定标准或者商品一致或者对于任何特定应用程序满足你的需求。我们不应依赖这些程序来解决问题，因为不正确的解决方法将导致人身的伤害或者财产的损失。作者和出版商拒绝承担你使用本书中的例子、程序或者应用程序所造成的直接或间接伤害的所有责任。
　　
　　致谢
　　如果没有许多朋友和同事的帮助、建议、建设性批评以及他们提供的资源，我们不可能成功地完成本书的编写。特别要指出的是，我们要感谢OSC（Ohio Super-Computing）公司的Terry Lewis和Doug Johnson，他们为我们提供了基于Linux、具有32个节点的集群的完全访问；感谢YSU大学的Mark Welton，他为我们配置支持PVM和MPI程序的集群提供了帮助，提出了专家意见；感谢YSU大学的Sal Sanders，他允许我们访问运行Mac OSX和Adobe Illustrator的Power PC；感谢YSU大学的Brian Nelson允许我们在SUN公司的E-250和E-450多处理机上测试我们大部分的多线程和分布式程序；我们也受到YSU大学MAAG的Mary Ann Johnson和Jeffrey Trimble的帮助，他们为我们查找和保存我们所需的技术引用；感谢IEEE标准、认证和合约办公室的Claudio M. Stanziola、Paulette Goldweber和Jacqueline Hansson，从他们那里我们获得授权复印了新的单一UNIX/POSIX标准的部分内容；Open Group组织的Andrew Josey和Gene Pierce也在这方面提供了帮助；感谢Z-Group公司的Trevor Watkins，他为我们测试了程序例子，他的多Linux分布式环境对于测试过程非常重要；特别要感谢的是Steve Tarasweki，他对本书的草稿进行了技术上的审阅。感谢Eugene Santos博士在我们探讨如何将数据结构分类以便用于PVM中时为我们指明了方向；感谢YSU大学高级计算工作组的Mike Crescimanno博士允许我们引用一些ACWG会议的资料；最后，感谢Prentice Hall出版社的Paul Petrlia及其制作组（特别是Gail Cicker-Bogusz）容忍我们超过了最终期限以及古怪的UNIX/Linux文件格式——我们特别要感谢他们的耐心、勇气、激情和专业。