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来自 新濠国际登录平台 2019-10-03 07:28 的文章
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它的PCB和进程的PCB结构完全一样,线程概念

前言

之前讨论了进程,了解一个进程能做一件事情,如果想同时处理多件事情,那么需要多个进程,但是进程间很不方便的一点是,进程间的数据交换似乎没有那么方便。Linux提供线程功能,能在一个进程中,处理多任务,而且线程之间的数据是完全共享的。

线程也有PCB,它的PCB和进程的PCB结构完全一样,只是它里面保存的虚拟地址空间和创建它的进程的虚拟地址空间完全保持一致。

摘要

线程概念

线程基础

线程是进程的一个执行单元,执行一段程序片段,线程共享全局变量;线程的查看可以使用命令或者文件来进行查看;命令:ps -T -p <pid> -T:表示用于开启线程查看;top -H -p <pid> -H 用于开启线程查看;还可以通过htop 使用F2开启树状图查看选项,或者开启显示自定义线程名选项;F10用于退出设置;文件:/proc/PID/task 线程的名字默认和进程相同;/proc/PID/task/comm线程名称;

线程的创建

通过pthread_create函数可以创建一个线程,被创建的线程的例程,就是一个新的执行指令序列了。

#include <pthread.h>

void* thread_func(void* p )
{
    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_t tid;

    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
    printf("tid=%dn", (int)tid);
    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
    printf("tid=%dn", (int)tid);
    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
    printf("tid=%dn", (int)tid);
    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
    printf("tid=%dn", (int)tid);

    getchar();
}

 

 

Compile and link with -lpthread.

 

补充
intptr_t是一种整型,它的长度依赖机器位长,也就意味着它的长度和指针的长度一样的。

线程概念,线程与进程的区别与联系
学会线程控制,线程创建,线程终止,线程等待
了解线程分离与线程安全
学会线程同步
学会使用互斥量,条件变量,posix信号量,读写锁

什么是线程

  • LWP:Light Weight Process,轻量级的进程,本质仍是进程(在Linux环境下)。
  • 进程:独立地址空间,拥有PCB。
  • 线程:也有PCB,但没有独立的地址空间。
  • 进程与线程的区别:在于是否共享地址空间。
    • 独居。
    • 合租。
  • Linux下:
    • 线程:最小的执行单位。
    • 进程:最小分配资源单位,可看成是一个线程的进程。

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  • 安装man文档

      sudo apt-get install glibc-doc  sudo apt-get install manpages-posix-dev
    
线程的相关函数

 线程标识

线程使用pthread_t来标识线程,它也是一个非负整数,由系统分配,保证在进程范围内唯一。pthread_t虽然在Linux下是非负整数,但是在其它平台下不一定是,所以比较线程号是否想等,应该用pthread_equal

任何一个函数都可以调用pthread_self来获取目前代码运行的线程。

线程概念

main函数和信号处理函数是同一个进程地址空间中的多个控制流程,多线程也是如此.
信号处理函数的控制流程指示在信号递达时产生,在处理完信号之后结束.而多线程的控制流程可以长期并存,操作系统在各个线程之间调度和切换.
同一进程的多个线程共享同一地址空间,因此,代码段,数据段都是共享的,只有栈是私有的.

同一进程的线程共享资源:
代码段
数据段
文件描述符表
每种信号的处理方式或者自定义函数
当前工作目录
用户id和组id

各有一份:
线程id
上下文,包括各种寄存器值,程序计数器和栈指针
errno变量
信号屏蔽字
调度优先级

编译时加选项-lpthread

Linux内核线程实现原理

  • 类Unix系统中,早期是没有“线程”概念的,80年代才引入,借助进程机制实现出了线程的概念。因此在这类系统中,进程和线程关系密切。
  • 1、轻量级进程(light-weight process),也有PCB,创建线程使用的底层函数和进程一样,都是clone。
  • 2、从内核里看进程和线程是一样的,都有各自不同的PCB,但是PCB中指向内存资源的三级页表是相同的。
  • 3、进程可以蜕变成线程。
  • 4、线程可看做寄存器和栈的集合。
  • 5、在Linux下,线程是最小的执行单位;进程是最小的分配资源单位。
  • 察看LWP号:ps -Lf pid,查看指定线程的LWP号。

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  • 三级映射:进程PCB --> 页目录(可看成数组,首地址位于PCB中) --> 页表 --> 物理页面 --> 内存单元
    • 参考《Linux内核源代码情景分析》 -- 毛德操

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  • 对于进程来说,相同的地址在不同的进程中,反复使用而不冲突。原因是他们虽虚拟址一样,但页目录、页表、物理页面各不相同。相同的虚拟址,映射到不同的物理页面内存单元,最终访问不同的物理页面。
  • 但线程不同!两个线程具有各自独立的PCB,但共享同一个页目录,也就共享同一个页表和物理页面。所以两个PCB共享一个地址空间。
  • 实际上,无论是创建的fork,还是创建线程的pthread_create,底层实现都是调用同一个内核函数clone。
  • 如果复制对方的地址空间,那么就产生一个“进程”;如果共享对方的地址空间,就产生一个“线程”。
  • 因此:Linux内核是不区分进程和线程的。只有用户层面上进行区分。所以,线程所有操作函数pthread_*是库函数,而非系统调用。
线程标识

pthread_t pthread_self(void);返回值是当前线程ID,可以使用%lu打印线程pid的值;设置线程名称:int prctl(int option,unsigned long arg2);PR_GET_NAME用于获得当前线程的名字,PR_SET_NAME,用于设置当前线程的名字;arg2:线程名称最大长度为15个字节,并且应该以''结尾,一共16个字符;返回值:0表示成功非0表示出错;
thread01.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>

int main(){
    printf("PID:%d,TID:%lun",getpid(),pthread_self());
    char name[16] = {0};
    prctl(PR_SET_NAME,"test");
    prctl(PR_GET_NAME,name);
    printf("TNAME:%sn",name);
}

thread02.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>

int info(){
    printf("PID:%d,TID:%lu",getpid(),pthread_self());
    char name[16] = {0};
    prctl(PR_GET_NAME,name);
    printf("TNAME:%sn",name);
}

void* method(void* arg){
    info();
}

int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    printf("new tid:%lun",tid);
    sleep(1);
}

线程终止

终止方式  
例程返回 正常退出
调用pthread_exit 正常退出
响应pthread_cancel 异常退出

注意:

  • 在线程里调用exit是退出整个进程。

  • 在多线程的进程中,主线程调用pthread_exit,进程并不会退出,它的其他线程依旧在执行,但是主线程已经退出了。

  • 意味着:主线程和其他线程是几乎是平等的。

  • 不平等的是,如果主线程的main函数return了,那么其他线程也结束了,如果其他线程的入口函数return了,主线程不会跟着结束。

线程控制

A创建线程
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t* attr,void*(*start_routine)(void*),void* arg);
当start_routine返回时,这个线程退出,其他线程可以调用pthread_join得到start_routine的返回值
pthread_self可以得到当前线程的线程id.

如果任意一个线程调用了exit或者_exit,则整个进程的所有线程都终止,或者从main函数return,所有线程也终止

B线程终止
如果需要只终止某个线程而不终止整个进程
1从线程函数return,(不包括主线程)
2一个线程可以调用pthread_cancel终止同一进程中的另一个线程
3线程调用pthread_exit终止自己

注:线程中返回的指针应当是指向全局的或者malloc获取的,因为线程的栈是私有的

C.线程等待
int pthread_join(pthread_t thread,void* * retval);
返回值:成功返回0,失败返回错误号

调用该函数的线程将挂起等待,直到id为thread的线程终止.
不同终止方式,pthread_join得到的终止状态是不同的:
1return返回,retval指向的单元存放返回值
2被别的线程调用pthread_cancel异常终止,存放常数PTHREAD_CANCELED
3自己调用pthread_exit终止,存放传给pthread_exit的参数.
如果对返回值不感兴趣,传NULL给retval

线程除了可以终止后等待pthread_join接收之外,还可以设置为detach状态
这样的线程一旦终止就收回它占用的所有资源,而不保留终止状态.
对一个线程调用pthread_join或pthread_detach都可以把线程设置为detach状态,所以不能对一个线程同时使用两个

线程共享资源

  • 1、文件描述符表
  • 2、每种信号的处理方式。
  • 3、当前工作目录。
  • 4、用户ID和组ID。
  • 5、内存地址空间(.text/.data/.bss/heap/共享库)
线程创建

int pthread_create(pthread_t *tidp,pthread_attr_t *attr,void (start_rtn)(void),void *arg);tidp:线程ID指针;
 attr:线程属性:绑定:pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int scope);scope:PTHREAD_SCOPE_PROCESS:表示不进行绑定,这个是默认的选项;PTHREAD_SCOPE_SYSTEM表示绑定轻进程(LWP)/内核线程;
 分离:pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);detachstate:PTHREAD_CREATE_DETACHED:表示分离线程;PTHREAD_CREATE_JOINABLE表示非分离线程;
 线程使用的是缺省的堆栈,线程的优先级和父进程同级别;
线程的ID指针返回值是void类型的指针函数;arg:表示的是start_rtn的形式参数;返回值0表示成功,非0表示出错;

线程的回收

线程退出之后,它的PCB依旧在内核中存在,等着其它线程来获取它的运行结果,可以通过pthread_join来回收线程。从这个角度看,线程和进程差不多,但是跟进程不同的时,线程没有父线程的概念,同一个进程内的其它线程都可以来回收它的运行结果。

pthread_join会阻塞调用它的线程,一直到被join的线程结束为止。

pthread_joinwait/waitpid一样,也是阻塞的调用,它除了有回收PCB的功能,也有等待线程结束的功能。

线程分离

线程是可结合的(joinable)或者是可分离的(detached)

结合的线程能被其他线程收回资源和杀死.在被收回之前,他的存储器资源是不释放的.
分离线程则是不能被其他线程收回或者杀死的,他的存储器资源在终止时由系统自动释放

默认情况,线程是joinable状态.如果一个线程没有被join而结束了,那么他就是类似进程中的僵尸状态.

在主线程需要非阻塞方式时,可以在字线程中使用
pthread_detach(pthread_self())
或者在父线程中使用pthread_detach(thread_id)
进行线程分离.如此,主线程不阻塞,同时字线程资源自动释放

线程非共享资源

  • 1、线程ID。
  • 2、处理器现场和栈指针。
  • 3、独立的栈空间。
  • 4、errno变量.
  • 5、信号屏蔽字。
  • 6、调度优先级。
线程消亡

线程的消亡分为正常终止和线程取消两种情况;线程正常终止:对于子线程来说线程处理函数return 返回一个返回值,线程可以终止,线程终止还可以调用pthread_exit(void* retval);来进行处理,retval:表示函数的返回指针,只要pthread_join中的第二个参数retval不是NULL,这个值江北传递给retval,如果用在线程回调函数中,将返回线程数据;

对于主线程:线程合并:int pthread_join(pthread_t tid, void **retval);tid:被等待的线程标识符,retval一个用户定义的指针,它可以用来存储被等待线程的返回值,返回值:0表示成功,非0表示错误码;当进行线程合并时,可以由其他线程来终止,并且回收资源;
pthread_join.c:线程取消函数

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>

int info(){
    printf("PID:%d,TID:%lu",getpid(),pthread_self());
    char name[16] = {0};
    prctl(PR_GET_NAME,name);
    printf("TNAME:%sn",name);
}

void* method(void* arg){
    sleep(5);
    info();
}

int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    printf("new tid:%lun",tid);
    //sleep(1);
    pthread_join(tid,NULL);
}

主线程终止的另一种方式是线程分离int pthread_detach(ppthread_t tid);tid:表示要释放线程的标识符,返回值0表示成功,非0表示错误码;但是这样是不能被其他线程终止的,存储在它终止时,有系统自动的回收释放;

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线程取消:取消点取消,如果线程接收到取消信号,到达指定位置才能能取消,取消点取消分为手动:void pthread_testcancle(void);自动:通过引起阻塞的系统调用来取消;
 线程取消:发送取消信号:int pthread_cancel(pthread_t pthread),需要注意的是:发送成功并不一定意味着thread线程就会终止,发送CANCEL指令后,使用pthread_join 函数,等待指定的线程完全退出以后,在继续执行,否则容易产生段错误;函数的返回值0表示成功,非0值表示失败;
 设置当前线程的取消类型:int pthread_setcancelstate(int state,int *oldstate);state:PTHREAD_CANCEL_ENABLE:线程取消启用;PTHREAD_CANCEL_DISABLE:表示线程取消禁用;oldstate:表示线程之前的状态;
 设置当前线程的取消类型:int pthread_setcanceltype(int type,int *oldtype);type:PTHREAD_CANCEL_DEFFERED:表示取消点取消;PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS:表示立即退出;oldstate:表示之前的取消类型;
 设置取消点:void pthread_testcanel(void);
pthread_cancel.c

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

long count = 0;

void* default_func(void* arg){
    for(;;){
        pthread_testcancel();
        count++;
    }
}

void* disable_func(void* arg){
    pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE,NULL);
    for(;;){
        pthread_testcancel();
        count++;
    }
}
void* force_func(void* arg){
    pthread_setcanceltype( PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS,NULL);
    for(;;){
        count++;
    }
}

void* disable_force_func(void* arg){
    pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE,NULL);
    pthread_setcanceltype( PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS,NULL);
    for(;;){
        count++;
    }
}
void* watch(void* arg){
    for(;;){
        sleep(1);
        printf("count:%dn",count);
    }
}

void* cancel(void* arg){
    sleep(5);
    pthread_t* ptid = arg;
    printf("cancel %lun",ptid[0]);
    pthread_cancel(ptid[0]);    
}

int main(int argc,char* argv[]){
    typedef void* (*Func)(void*); 
    Func funcs[3] = {default_func,watch,cancel}; 

    int c;
    while((c=getopt(argc,argv,"dp"))!=-1){
        switch(c){
            case 'd':
                funcs[0] = (funcs[0] == default_func?disable_func:disable_force_func);
                break;
            case 'p':
                funcs[0] = (funcs[0] == default_func?force_func:disable_force_func);
                break;
        }
    }

    pthread_t tids[3];
    int i=0;
    for(;i<3;i++){
        pthread_create(&tids[i],NULL,funcs[i],&tids);
        printf("create thread %lun",tids[i]);
    }
    for(i=0;i<3;i++){
        pthread_join(tids[i],NULL);
    }

}

发送信号:int pthread_kill(pthread_t tid, int sig);tid:表示线程ID,sig:信号,0表示保留信号,用于测试线程是否存在,信号为正数表示系统自定义信号或者系统自定义信号;返回值:0表示调用成功,ESRCH:表示线程不存在;EINVAL:表示信号不合法;

设置线程并发度:并发度表示线程并发的数目,int pthread_setconcurrency(int level);获取线程并发度:int pthread_getconcurrency(void);
 void pthread_cleanup_push(void (routine)(void),void *arg);void pthread_cleanup_pop(int execute);execute通常为0;关于线程的信息可以man 7 threads;
 线程间通信使用全局变量的方式进行;

线程的使用场景

线程同步与互斥

A.mutex(互斥量)
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * restrict mutex, const const pthread_mutexattr_t * restrict attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutext_t * mutex);
pthread_mutext_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZED;

参数attr设定metex的树形,如果为NULL缺省
如果mutex变量是静态分配的(全局变量或者static变量)可以使用宏定义PTHREAD_MUTEX_INITIALIZED初始化

加锁解锁操作
int pthread_mutex_lock(pthread_mutext_t*mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutext_t*mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutext_t*mutex);

如果一个锁机箱获得锁,又想不挂起,调用pthread_mutex_trylock,如果被占用,那么失败返回EBUSY,而不挂起等待

线程优点、缺点

  • 优点
    • 1、提高程序并发性。
    • 2、开销小。
    • 3、数据通信、共享数据方便。
  • 缺点
    • 1、库函数,不稳定。
    • 2、调试、编写困难、gdb不支持。
    • 3、对信号支持不好。
  • 优点相对突出,缺点均不是硬伤。Linux下由于实现方法导致进程、线程差别不是很大。

线程同步

 客户端使用场景

一般来说,线程用于比较复杂的多任务场景,比如:

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这样主线程可以基础处理主线程的事情,不至于被复杂的任务阻塞。比如:

 

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这样聊天界面不会卡死在那里,否则如果网络情况很差,有可能导致界面卡死。

死锁

如果一个线程先后调用两次lock,第二次时,由于占用挂起.然而锁自己用着,挂起没机会释放,所以就永久等待.这就是死锁
另一种死锁,两个线程使用了对方需求的锁,而又申请对方已经占用的锁.

在写程序时,应当避免同时获取多个锁,如果有必要那么:
如果所有线程需要多个锁,都按相同的顺序获取锁,则不会出现死锁

B.Condition varialbe(条件变量)

一个例子:
生产者5秒生产一个资源,消费者2秒消费一个产品,使用mutex保护处理时.那么,消费者会有每次都会有三秒的空探索.
这时我们可以改进程序.
除了锁的问题,我们条件控制,申请锁,看条件是否成立,如果成立,那么消费,否则,释放锁.阻塞等待.
当消费者产生条件时通知,我就重新获取锁并消费

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t * cond);
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cont, const pthread_condattr_t * restrict attr);
pthread_cond_t cont = PTHREAD_COND_INITIALIZED;

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t*cond); //广播通知条件成熟
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);//通知条件成熟
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t* lock);
int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t* lock,time_value* timeout);

一个condition varialbe总是和一个mutex搭配使用的.一个线程可以调用pthread_cond_wait在一个vondtion variable上阻塞等待.该函数做以下三步骤:

1释放mutex
2阻塞等待
3当被唤醒时,重型获得mutex并返回

线程控制原语

信号量

信号量的创建:int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned int value);sem:表示信号量对象;pshared:表示信号量的类型,0表示线程共享,<0:表示进程共享;value:用于表示初始值;返回值0表示成功,-1表示失败;

Ã销毁:int sem_destory(sem_t *sem);sem:表示信号量对象;返回值0表示成功,-1表示失败;

等待:包括三种:阻塞等待,int sem_wait(sem_t *sem);sem:标识信号量对象;返回值0表示成功,-1表示失败;非阻塞等待:int sem_trywait(sem_t *sem);sem:表示信号量对象;返回值0表示成功,-1表示失败;超时等待:int sem_timedwait(sem_t *sem,struct timespec *abstime);sem:表示信号量对象;abstime:表示等待时间;-1表示等待超时,0表示成功;
̳触发:sem:信号量对象;0:表示成功;-1:表示成功;

服务器使用场景

服务器一般的流程如下:

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在服务器上,一个线程来处理整个流程,会导致处理流程非常慢,导致主线程无法及时接收报文。一般会使用子线程来做具体的工作,而主线程只负责接收报文。

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有时为了提高处理效率,会使用线程池

 

 

C.semaphore信号量

mutex变量是非0即1的,可以看作哦可用资源的可用数量,初始为1.
semaphore变量类型为sem_t
int sem_init(sem_t*sem,int pshared,unsigned int value);
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_trywait(sem_t*sem);
int sem_post(sem_t*sem);
int sem_destroy(sem_t *sem);

调用sem_wait获得资源
调用sem_post可以使放资源

pthread_self函数

  • 获取线程ID。其作用对应进程中getpid()函数。
  • pthread_t pthread_self; - 返回值:成功:0;失败:无!
  • 线程ID:pthread_t类型,本质:在Linux下为无符号整数,其他系统中可能是结构体实现。
  • 线程ID是进程内部,识别标志。(两个进程间,线程ID允许相同)。
  • 注意:不应使用全局变量pthread_t tid,在子线程中通过pthread_create传出参数来获取线程ID,而应使用pthread_self。
互斥量

互斥量和信号量的区别:
 1、互斥量用于线程的互斥,信号用于线程的同步互斥:是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问,具有唯一性和排他性,但是沪指无法限制资源访问者对其资源的访问顺序,也就是访问是无序的;同步:是指在互斥的基础上,通过其它机制实现访问者对资源的有序访问,在大多数情况下,同步已经实现了互斥,特别是所有写入资源的情况 都是互斥的,少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源;
 2、互斥量值只能是0或者1,信号量值可以作为非负整数,也就是说,一个互斥量只能用于一个资源的互斥访问,它不能解决多个资源的多线程互斥问题,信号量可以实现多个同类资源的多线程互斥和同步。当信号量为单值信号量时,也可以完成一个资源的互斥访问;
 3、互斥量的加锁和解锁必须有同一个线程使用,信号量可以由一个线程释放,另一个线程得到;
 4、信号量可以允许多个线程进入临界区,互斥体只能允许一个线程进入临界区;

7.7 线程的同步

无论上述那种场景,都有一个报文队列或者消息队列,一般这个队列是一个链表,主线程需要往链表中添加数据,而子线程从链表获取数据。两个线程同时操作一个全局变量是不安全的,应该避免不安全的访问。无论这种全局变量是数组、链表、还是一个简单的变量。

线程A:i = i + 1;
线程B:i = i + 1;

D.读写锁

多读少写的代码加锁
读写锁实际是一种特殊的自旋锁,他把对共享资源的访问划分为读者和写着,读者制度,写着进行写操作.
这种锁相对于自旋锁而言,能提高并发性,最大可能的读者是实际逻辑CPU数.
写者是排他性的,一个读写锁智能有一个写者或者多个读者
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,const pthread_rwlockattr_t * restrict attr);
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t* rwlock);

pthread_create函数

  • 创建一个新线程。其作用,对应进程中fork()函数。
  • int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) , void *arg);
  • 返回值:成功:0;失败:错误号。Linux环境下,所有线程特点,失败均直接返回错误号。
  • 参数
    • pthread_t:当前Linux中可理解为:typedef unsigned long int pthread_t;
    • 参数1:传出参数,保存系统为我们分配好的线程ID。
    • 参数2:通常传NULL,表示使用线程默认属性。若想使用具体属性也可以修改该参数。
    • 参数3:函数指针,指向线程主函数,该函数运行结束,则线程结束。
    • 参数4:线程主函数执行期间所使用的参数。
  • 在一个线程中调用pthread_create()创建新的线程后,当前线程从pthread_create()返回继续往下执行,而新的线程所执行的代码由我们传给pthread_create的函数指针start_routine决定。start_routine函数接收一个参数,是通过pthread_create的arg参数传递给它的,该参数的类型为void *,这个指针按什么类型解释由调用者自己定义。start_routine返回时,这个线程就退出了,其它线程可以调用pthread_join得到start_routine的返回值,类似于父进程调用wait得到子进程的退出状态,稍后详细介绍pthread_join。
  • pthread_create成功返回后,新创建的线程ID被填写到thread参数指向的内存单元。我们知道进程ID的类型是pid_t,每个进程的ID在整个系统中是唯一的,调用getpid可以获得当前进程ID,是一个正整数值。线程ID的类型是thread_t,它只是当前进程中保证是唯一的,不同的系统中thread_t这个类型有不同的实现,这可能是一个整数值,也可能是一个结构体,也可能是一个地址,所以不能简单地当成整数用printf打印,调用pthread_新濠国际登录平台,self可以获得当前线程的ID。
  • attr参数表示线程属性,本节不深入讨论线程属性,所有代码例子都传NULL给attr参数,表示线程属性取缺省值,感兴趣的读者可以参考APUE。
  • :创建一个新线程,打印线程ID。注意:链接线程库-lpthread
    • 由于pthread_create的错误码不保存在errno中,因此不能直接用perror打印错误信息,可以先用strerror把错误码转换成错误信息再打印。如果任意一个线程调用了exit或_exit,则整个进程的所有线程都会终止,由于从main函数return也相当于调用exit,为了防止新创建的线程还没有得到执行就终止,我们在main函数return之前延时1秒,这只是一种权宜之计,即使主线程等待1秒,内核也不一定会调度新创建的线程执行,下一节我们会看到更好的方法。
  • 示例

      #include <stdio.h>  #include <stdlib.h>  #include <unistd.h>  #include <pthread.h>  #include <string.h>                                                                                     void *thread_func(void *arg)  {      printf("In thread: thread id = %lu, pid = %un", pthread_self(), getpid;      return NULL;  }  int main()  {      pthread_t tid;      int ret;      printf("In main1: thread id = %lu, pid = %un", pthread_self(), getpid;      ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);      if{          fprintf(stderr, "pthread_create error:%sn", strerror;          exit;      }       sleep;      printf("In main2: thread id = %lu, pid = %un", pthread_self(), getpid;      return 0;  }
    
  • :循环创建多个线程,每个线程打印自己是第几个被创建的线程。(类似于进程循环创建子进程)

  • 拓展思考:将pthread_create函数参数4修改为&i,将线程主函数内改为i = *arg)是否可以?不可以。
  • 示例

      #include <stdio.h>  #include <stdlib.h>  #include <unistd.h>  #include <pthread.h>  #include <string.h>  void *thread_func(void *arg)  {      int i = arg;      sleep;      printf("%dth thread: thread id = %lu, pid = %un", i+1, pthread_self(), getpid;      return NULL;  }  int main()  {      pthread_t tid;      int ret, i;      for (i = 0; i<5; i++){          ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_func, ;          if{               fprintf(stderr, "pthread_create error:%sn", strerror;              exit;        }         }         sleep;      return 0;  }
    
  • 线程与共享

    • 线程间共享全局变量
    • :线程默认共享数据段、代码段等地址空间,常用的是全局变量。而进程不共享全局变量,只能借助mmap。
    • :设计程序,验证线程之间共享全局数据。

        #include <stdio.h>  #include <pthread.h>  #include <stdlib.h>  #include <unistd.h>  int var = 100;  void *tfn(void *arg)  {      var = 200;      printf("threadn");      return NULL;  }  int main  {      printf("At first var = %dn", var);      pthread_t tid;      pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);      sleep;      printf("After pthread_create, var = %dn", var);                                                        return 0;  }
      

 ATM取款,toilet;互斥量分为静态分配互斥量,实现特点是简单,pthread_mutex

PTHREAD_MUTEX_INITIAVIZER;动态分配互斥量:特点是可以设置更多的选项;pthread_mutex_init(&mutex,NULL)或者pthread_mutex_destory(&mutex);
 互斥量的操作:加锁:互斥锁int pthread_mutex_lock(pthread_t *mutex);尝试加锁 int pthread_mutex_trylock(pthread_t *mutex),mutex:表示的也是互斥锁;解锁:int pthread_mutex_unlock(pthread_t *mutex),mutex同样表示的是互斥锁;
mutex01.c

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void* func(void* arg){
    pthread_mutex_lock(arg);
    printf("enter funcn");
    sleep(1);
    printf("do somethingn");
    sleep(1);
    printf("level funcn");
    pthread_mutex_unlock(arg);
}

int main(int argc,int argv[]){
    pthread_mutex_t mutex;
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);

    pthread_t tids[3];
    int i;
    for(i=0;i<3;i++){
        pthread_create(&tids[i],NULL,func,&mutex);
    }
    for(i=0;i<3;i++){
        pthread_join(tids[i],NULL);
    }
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

}

mutex02.c

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void* func(void* arg){
    pthread_cleanup_push(pthread_mutex_unlock,arg);

    pthread_mutex_lock(arg);
    printf("enter funcn");
    sleep(1);
    printf("do somethingn");
    sleep(1);
    printf("level funcn");
    pthread_exit(0);

    pthread_cleanup_pop(0);
}

int main(int argc,int argv[]){
    pthread_mutex_t mutex;
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);

    pthread_t tids[3];
    int i;
    for(i=0;i<3;i++){
        pthread_create(&tids[i],NULL,func,&mutex);
    }
    for(i=0;i<3;i++){
        pthread_join(tids[i],NULL);
    }
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

}

7.7.1 不安全的案例

  • 多线程操作一个全局变量

#include <stdio.h>

#include <signal.h>

#include <pthread.h>

 

int result=0;

 

void add()

{

    int i;

    for(i=0; i<100000; ++i)

    {

        result++;

    }

}

 

void* thread_func(void* p)

{

    add();

    return NULL;

}

 

int main()

{

    pthread_t t1;

    pthread_t t2;

 

    pthread_create(&t1, NULL, thread_func, NULL);

    pthread_create(&t2, NULL, thread_func, NULL);

 

    pthread_join(t1, NULL);

    pthread_join(t2, NULL);

 

    printf("%dn", result);

    return 0;

}

  • 不安全的生产者消费者模型

#include <list>

 

struct task_t

{

    int task;

};

 

list<task_t*> queue;

 

void* work_thread(void* arg)

{

    while(1)

    {

        if(queue.size() == 0) continue;

 

        task_t* task = *queue.begin();

        queue.pop_front();

 

        printf("task value is %dn", task->task);

        delete task;

    }

}

 

void main(int argc, char* argv[])

{

    pthread_t tid;

    pthread_create(&tid, NULL, work_thread, NULL);

 

    while(1)

    {

        int i;

        cin >> i;

        task_t* task = new task_t;

        task->task = i;

 

        queue.push_back(task);

    }

 

    pthread_join(tid, NULL);

}

linux下的锁

自旋锁,文件锁,大内核锁...
自旋锁:busy-waiting
互斥锁:sleep-waiting

因为自旋锁不会引起调用者睡眠,所以自旋锁的效率远 高于互斥锁。虽然它的效率比互斥锁高,但是它也有些不足之处:
     1、自旋锁一直占用CPU,他在未获得锁的情况下,一直运行--自旋,所以占用着CPU,如果不能在很短的时 间内获得锁,这无疑会使CPU效率降低。
     2.在用自旋锁时有可能造成死锁,当递归调用时有可能造成死锁,调用有些其他函数也可能造成死锁,如 copy_to_user()、copy_from_user()、kmalloc()等。
因此我们要慎重使用自旋锁,自旋锁只有在内核可抢占式或SMP的情况下才真正需要,在单CPU且不可抢占式的内核下,自旋锁的操作为空操作。自旋锁适用于锁使用者保持锁时间比较短的情况下。

文件锁

防止两个进程同时操作文件而相互影响的问题

文件锁:
协同锁
如果一个进程申请文件锁并访问文件,另一个进程可以访问文件,但是被认为是非法的;
如果后进进程试图申请文件锁,那么就会申请失败,所以就协同工作了
强制锁
强制文件必须通过申请锁资源才能进行访问

pthread_exit函数

  • 将单个线程退出。
  • void pthread_exit(void *retval);
    • 参数:retval表示线程退出状态,通常传NULL。
  • 思考:使用exit将指定线程退出,可以吗?
  • 结论:线程中,禁止使用exit函数,会导致进程内所有线程全部退出。
  • 在不添加sleep控制输出顺序的情况下,pthread_create在循环中,几乎瞬间创建5个线程,但只有第1个线程有机会输出(或者第2个也有,也可能没有,取决于内核调度),如果第3个线程执行了exit,将整个进程退出了,所以全部线程退出了。
  • 所以,多线程环境中,应尽量少用,或者不使用exit函数,取而代之使用pthread_exit函数,将单个线程退出。任何线程里exit导致进程退出,其他线程未工作结束,主控线程退出时不能return或exit。
  • 另注意:pthread_exit或者return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者是用malloc分配的,不能在线程函数的栈上分配,因为当其它线程得到这个返回指针时线程函数已经退出了。
  • :编写多线程程序,总结exit、return、pthread_exit各自退出效果。
    • return:返回到调用者那里去。
    • pthread_exit:将调用该函数的线程退出。
    • exit:将进程退出。
  • 示例

      #include <stdio.h>  #include <stdlib.h>  #include <unistd.h>  #include <pthread.h>  #include <string.h>  void *thread_func(void *arg)  {      int i = arg;      printf("%dth thread: thread id = %lu, pid = %un", i+1, pthread_self(), getpid;      return NULL;  }  int main()  {      pthread_t tid;      int ret, i;      for (i = 0; i<5; i++){          ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_func, ;          if{              fprintf(stderr, "pthread_create error:%sn", strerror;              exit;          }      }                                                                                                       pthread_exit;  }
    
条件变量

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