1.順序程式設計

傳統的程式設計方法是順序程式設計,即把一個程式設計成一個順序執行的程式模組，不同程式也是按序執行的。順序分成內部順序和外部順序

• 內部的順序性 : 程式在處理器上執行時嚴格有序的，即只有當一個操作結束後，才能開始後繼操作，這稱為程式內部的順序性
• 外部的順序性 : 如果完成一個任務需要若干個不同的程式，這些不同程式在時間上按呼叫次序嚴格有序執行，這稱為程式外部的順序性

2.併發程式設計

併發含義

• 一個程式分成若干個可同時執行的程式模組的方法稱為併發程式設計，程序的併發性是指一組程序的執行在時間上是重疊的，重疊是指一個程序執行的第一條指令是在另一個程序執行的最後一條指令完成之前開始的

併發例子

有兩個程序A和B，程序A執行操作a1、a2、a3，程序B執行操作b1、b2、b3

• 程序A和B順序（序列）執行的情況：在單處理器上，程序A執行完，程序B才開始執行，它們的操作次序為：a1、a2、a3、b1、b2、b3
• 程序A和B併發執行的一種情況：在單處理器上，程序A和B交替（交叉）執行，它們交替（交叉）執行的操作次序可能為：a1、b1、b2、a2、a3、b3

併發實質

• 併發的實質是一個處理器在幾個程序之間的多路複用 （多路複用比較出名的有時分複用，根據時間片呼叫不用的程序）
• 併發是對有限的物理資源強制行使多使用者共享，消除計算機部件之間的互等現象，以提高系統資源利用率
• 巨集觀
  :併發性反映一個時間段中幾個程序都在同一處理器上處於執行還未執行結束的狀態
• 微觀:任一時刻僅有一個程序在處理器上執行

併發差異

• 併發多執行緒程式設計：模組都屬於一個程序，在程序內部執行
• 併發多程序程式設計：模組屬於不同程序

3.併發程序的特性

併發程序之間的關係分為兩類：無關的和互動的

• 無關的併發程序：一個併發程序不會改變另一個併發程序的變數值
• 互動的併發程序：一組併發程序共享某些變數，程序的執行可能影響其他併發程序的執行結果

Bernstein條件

併發程序的無關性是程序的執行與時間無關的一個充分條件，又稱為Bernstein條件

4.程序的互動：協作和競爭

競爭關係(間接制約關係)

系統中的多個程序之間彼此無關，相互並不知道其它程序的存在，相互之間並不交換資訊。但是由於這些程序共用了一套計算機系統資源，因而必然產生競爭資源的問題，一個程序的執行可能影響到同其競爭資源的其它程序。作業系統必須協調好諸程序對資源的爭用。一旦一個程序要使用已分配給另一個程序的資源，則該程序必須等待

資源競爭產生兩個問題

• 一個是死鎖(Deadlock)問題，就是一組程序如果都獲得了部分資源，還想要得到其他程序所佔用的資源，最終所有程序都將陷入死鎖
• 一個是飢餓(Starvation) 問題，是指一個程序由於其它程序總是優先於它而被無限期拖延 既要解決飢餓問題，又要解決死鎖問題。解決飢餓問題的最簡單策略是FCFS資源分配策略（先來先服務）

競爭解決

程序互斥是解決程序間競爭關係(間接制約關係)的手段

程序互斥

• 指若干程序要使用同一共享資源時，任何時刻最多允許一個程序使用，其他要使用該資源的程序必須等待，直到佔有資源的程序釋放該資源
• 程序互斥關係是一種特殊的程序同步關係，即逐次使用互斥共享資源，是對程序使用資源次序上的一種協調  
• 臨界區管理可以解決程序互斥問題

協作關係(直接制約關係)

某些程序為完成同一任務需要分工協作，由於合作的每一個程序都是獨立地以不可預知的速度推進，這就需要相互協作的程序在某些協調點上協調各自的工作。當協作程序中的一個到達協調點後，在尚未得到其夥伴程序發來的訊息或訊號之前應阻塞自己，直到其他合作程序發來協調訊號或訊息後才被喚醒並繼續執行。這種協作程序之間相互等待對方訊息或訊號的協調關係稱為程序同步

程序同步：

指兩個以上程序基於某個條件來協調它們的活動。一個程序的執行依賴於協作程序的訊息或訊號，當一個程序沒有得到來自於協作程序的訊息或訊號時需等待，直到訊息或訊號到達才被喚醒