Linux--線程編程

進(jìn)程

　　系統(tǒng)中程序執(zhí)行和資源分配的基本單位

　　每個進(jìn)程有自己的數(shù)據(jù)段、代碼段和堆棧段

　　在進(jìn)行切換時需要有比較復(fù)雜的上下文切換

線程

　　減少處理機(jī)的空轉(zhuǎn)時間，支持多處理器以及減少上下文切換開銷, 比創(chuàng)建進(jìn)程小很多

　　進(jìn)程內(nèi)獨立的一條運行路線

　　處理器調(diào)度的最小單元，也稱為輕量級進(jìn)程

可以對進(jìn)程的內(nèi)存空間和資源進(jìn)行訪問，并與同一進(jìn)程中的其他線程共享

線程

　　線程相關(guān)的執(zhí)行狀態(tài)和存儲變量放在線程控制表內(nèi)

　　一個進(jìn)程可以有多個線程，有多個線程控制表及堆棧寄存器，共享一個用戶地址空間

多線程同步問題

　　線程共享進(jìn)程的資源和地址空間

　　任何線程對系統(tǒng)資源的操作都會給其他線程帶來影響

線程技術(shù)發(fā)展

　　Linux 2.2內(nèi)核

　　　　?不存在真正意義上的線程

　　Linux 2 .4內(nèi)核

　　　　?消除線程個數(shù)的限制，允許動態(tài)地調(diào)整進(jìn)程數(shù)上限

　　在Linux 內(nèi)核2.6之前，進(jìn)程是最主要的處理調(diào)度單元，并沒支持內(nèi)核線程機(jī)制

　　Linux 2.6內(nèi)核

　　　　?實現(xiàn)共享地址空間的進(jìn)程機(jī)制, 在1996年第一次獲得線程的支持

線程技術(shù)發(fā)展

　　為了改善LinuxThread問題，根據(jù)新內(nèi)核機(jī)制重新編寫線程庫, 改善Linux對線程的支持

　　　　?由IBM主導(dǎo)的新一代POSIX線程庫（Next Generation POSIX Threads，簡稱為NGPT）

　　　　　　–NGPT項目在2002年啟動

　　　　　　–為了避免出現(xiàn)有多個Linux線程標(biāo)準(zhǔn)，在2003年停止該項目

　　　　?由Red Hat主導(dǎo)的本地化POSIX線程庫 (Native POSIX Thread Library，簡稱為NTPL)

　　　　　　–最早在Red Hat Linux9中被支持

　　　　　　–現(xiàn)在已經(jīng)成為GNU C函數(shù)庫的一部分，同時也成為Linux線程的標(biāo)準(zhǔn)

線程標(biāo)識

　　線程ID

　　　　?進(jìn)程ID在整個系統(tǒng)中是唯一的

　　　　?線程ID只在它所屬的進(jìn)程環(huán)境中有效

函數(shù): pthread_self()

線程標(biāo)識

　　pthread_t類型通常用結(jié)構(gòu)來表示

　　?不能把它作為整數(shù)處理

　　　　–Linux使用無符號長整數(shù)表示

　　?為了移植，使用函數(shù)來比較線程ID

函數(shù): pthread_equal()

1 #include 2 #include 3 #include 4 5 int main(){ 6 pthread_t thread_id; 7 8 thread_id=pthread_self(); // 返回調(diào)用線程的線程ID 9 printf("Thread ID: %lu.\n",thread_id);10 11 if (pthread_equal(thread_id,pthread_self())) {12 // if (thread_id==0) {13 printf("Equal!\n");14 } else {15 printf("Not equal!\n");16 }17 return 0;18 }

線程編程

　　操作用戶空間中的線程

創(chuàng)建線程

　　?調(diào)用該線程函數(shù)的入口點

　　?使用函數(shù)pthread_create()，線程創(chuàng)建后，就開始運行相關(guān)的線程函數(shù)

1 #include 2 #include 3 #include 4 5 void *thrd_func(void *arg); 6 pthread_t tid; 7 8 int main(){ 9 // 創(chuàng)建線程tid，且線程函數(shù)由thrd_func指向，是thrd_func的入口點，即馬上執(zhí)行此線程函數(shù)10 if (pthread_create(&tid,NULL,thrd_func,NULL)!=0) {11 printf("Create thread error!\n");12 exit(1);13 }14 15 printf("TID in pthread_create function: %u.\n",tid);16 printf("Main process: PID: %d,TID: %u.\n",getpid(),pthread_self()); 17 18 sleep(1); //race19 20 return 0;21 }22 23 void *thrd_func(void *arg){24 // printf("I am new thread!\n");25 printf("New process: PID: %d,TID: %u.\n",getpid(),pthread_self()); //why pthread_self26 printf("New process: PID: %d,TID: %u.\n",getpid(),tid); //why pthread_self27 28 pthread_exit(NULL); //退出線程29 // return ((void *)0);30 }

退出線程

　　?在線程函數(shù)運行完后，該線程也就退出了

　　?或使用函數(shù)pthread_exit()，這是線程的主動行為

　　?不能使用exit()

使調(diào)用進(jìn)程終止，所有線程都終止了

等待線程

　　?由于一個進(jìn)程中的多個線程是共享數(shù)據(jù)段的，通常在線程退出之后，退出線程所占用的資源并不會隨著線程的終止而得到釋放

　　?pthread_join()函數(shù)

　　　　類似進(jìn)程的wait()/waitpid()函數(shù)，用于將當(dāng)前線程掛起來等待線程的結(jié)束

　　　　是一個線程阻塞的函數(shù)，調(diào)用它的線程一直等待到被等待的線程結(jié)束為止

　　　　函數(shù)返回時，被等待線程的資源就被收回

1 #include 2 #include 3 #include 4 5 void *thrd_func1(void *arg); 6 void *thrd_func2(void *arg); 7 8 int main(){ 9 pthread_t tid1,tid2;10 void *tret;11 // 創(chuàng)建線程tid1，線程函數(shù)thrd_func112 if (pthread_create(&tid1,NULL,thrd_func1,NULL)!=0) {13 printf("Create thread 1 error!\n");14 exit(1);15 }16 // 創(chuàng)建線程tid2,線程函數(shù)thrd_func217 if (pthread_create(&tid2,NULL,thrd_func2,NULL)!=0) {18 printf("Create thread 2 error!\n");19 exit(1);20 }21 // 等待線程tid1結(jié)束，線程函數(shù)返回值放在tret中22 if (pthread_join(tid1,&tret)!=0){23 printf("Join thread 1 error!\n");24 exit(1);25 }26 27 printf("Thread 1 exit code: %d.\n",(int *)tret);28 // 等待tid2結(jié)束，線程函數(shù)返回值放在tret中29 if (pthread_join(tid2,&tret)!=0){30 printf("Join thread 2 error!\n");31 exit(1);32 }33 34 printf("Thread 2 exit code: %d.\n",(int *)tret);35 36 return 0;37 }38 39 void *thrd_func1(void *arg){40 printf("Thread 1 returning!\n");41 // sleep(3);42 return ((void *)1); // 自動退出線程43 }44 45 void *thrd_func2(void *arg){46 printf("Thread 2 exiting!\n");47 pthread_exit((void *)2); // 線程主動退出，返回(void *)248 }

取消線程

　　?在別的線程中要終止另一個線程

　　?pthread_cancel()函數(shù)

　　?被取消的線程可以設(shè)置自己的取消狀態(tài)

　　　　–被取消的線程接收到另一個線程的取消請求之后，是接受還是忽略這個請求

　　　　–如果接受，是立刻進(jìn)行終止操作還是等待某個函數(shù)的調(diào)用等

1 #include 2 #include 3 #include 4 5 void *thrd_func1(void *arg); 6 void *thrd_func2(void *arg); 7 8 pthread_t tid1,tid2; 9 10 int main(){11 // 創(chuàng)建線程tid1，線程函數(shù)thrd_func112 if (pthread_create(&tid1,NULL,thrd_func1,NULL)!=0) {13 printf("Create thread 1 error!\n");14 exit(1);15 }16 // 創(chuàng)建線程tid2，線程函數(shù)thrd_func217 if (pthread_create(&tid2,NULL,thrd_func2,NULL)!=0) {18 printf("Create thread 2 error!\n");19 exit(1);20 }21 // 等待線程tid1退出22 if (pthread_join(tid1,NULL)!=0){23 printf("Join thread 1 error!\n");24 exit(1);25 }else26 printf("Thread 1 Joined!\n");27 // 等待線程tid2退出28 if (pthread_join(tid2,NULL)!=0){29 printf("Join thread 2 error!\n");30 exit(1);31 }else32 printf("Thread 2 Joined!\n");33 34 return 0;35 }36 37 void *thrd_func1(void *arg){38 // pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE,NULL);39 pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE,NULL); // 設(shè)置其他線程可以cancel掉此線程40 41 while(1) {42 printf("Thread 1 is running!\n");43 sleep(1);44 }45 pthread_exit((void *)0);46 }47 48 void *thrd_func2(void *arg){49 printf("Thread 2 is running!\n");50 sleep(5);51 if (pthread_cancel(tid1)==0) // 線程tid2向線程tid1發(fā)送cancel52 printf("Send Cancel cmd to Thread 1.\n");53 54 pthread_exit((void *)0);55 }

1 #include 2 #include 3 #include 4 5 #define THREAD_NUM 3 6 #define REPEAT_TIMES 5 7 #define DELAY 4 8 9 void *thrd_func(void *arg);10 11 int main(){12 pthread_t thread[THREAD_NUM];13 int no;14 void *tret;15 16 srand((int)time(0)); // 初始化隨機(jī)函數(shù)發(fā)生器 17 18 for(no=0;no19 if (pthread_create(&thread[no],NULL,thrd_func,(void*)no)!=0) { // 創(chuàng)建THREAD_NUM個線程，傳入(void*)no作為thrd_func的參數(shù)20 printf("Create thread %d error!\n",no);21 exit(1);22 } else23 printf("Create thread %d success!\n",no);24 }25 26 for(no=0;no27 if (pthread_join(thread[no],&tret)!=0){ // 等待thread[no]線程結(jié)束，線程函數(shù)返回值放在tret中28 printf("Join thread %d error!\n",no);29 exit(1);30 }else31 printf("Join thread %d success!\n",no);32 }33 34 return 0;35 }36 37 void *thrd_func(void *arg){38 int thrd_num=(void*)arg;39 int delay_time=0;40 int count=0;41 42 printf("Thread %d is starting.\n",thrd_num);43 for(count=0;count44 delay_time=(int)(DELAY*(rand()/(double)RAND_MAX))+1;45 sleep(delay_time);46 printf("\tThread %d:job %d delay =%d.\n",thrd_num,count,delay_time);47 }48 49 printf("Thread %d is exiting.\n",thrd_num);50 pthread_exit(NULL);51 }