Linux多線程及線程間同步

tainqing

1、進(jìn)程和線程的區(qū)別
" }. X: w5 \& x0 K" A  p6 l- Y進(jìn)程的目的就是擔(dān)當(dāng)分配系統(tǒng)資源（CPU時(shí)間、內(nèi)存等）的基本單位。線程是進(jìn)程的一個(gè)執(zhí)行流，是CPU調(diào)度和分派的基本單位，它是比進(jìn)程更小的能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位。一個(gè)進(jìn)程由幾個(gè)線程組成,線程與同屬一個(gè)進(jìn)程的其他的線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源。

地址空間：進(jìn)程有獨(dú)立的地址空間，包括文本區(qū)域（text region）、數(shù)據(jù)區(qū)域（data region）和堆棧（stack region）;一個(gè)進(jìn)程崩潰后，在保護(hù)模式下不會(huì)對(duì)其它進(jìn)程產(chǎn)生影響；線程只是一個(gè)進(jìn)程中的不同執(zhí)行路徑，線程有自己的堆棧和局部變量(在運(yùn)行中必不可少的資源)，但線程之間沒有單獨(dú)的地址空間，一個(gè)線程死掉就等于整個(gè)進(jìn)程死掉。同一進(jìn)程內(nèi)的線程共享進(jìn)程的地址空間。
& Y3 V& d' Y1 j7 e4 n/ @
通信：進(jìn)程間通信IPC，線程間可以直接讀寫進(jìn)程數(shù)據(jù)段（如全局變量）來進(jìn)行通信——需要進(jìn)程同步和互斥手段的輔助，以保證數(shù)據(jù)的一致性。

, T' o. a: _. n: R調(diào)度和切換：線程上下文切換比進(jìn)程上下文切換要快得多。

在多線程OS中，進(jìn)程不是一個(gè)可執(zhí)行的實(shí)體。

地址空間:進(jìn)程內(nèi)的一個(gè)執(zhí)行單元;進(jìn)程至少有一個(gè)線程;它們共享進(jìn)程的地址空間;而進(jìn)程有自己獨(dú)立的地址空間;

+ ^: ]" @1 B4 o3 L0 `& {6 i資源擁有:進(jìn)程是資源分配和擁有的單位,同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程共享進(jìn)程的資源
* v/ W& G' {$ i# i; f7 p
2 m$ ^! d+ E. S6 a  H* U線程是處理器調(diào)度的基本單位,但進(jìn)程不是.
9 t, [& _9 t( f; B! l! B/ y
+ Z" m; e& d" e二者均可并發(fā)執(zhí)行.

7 n6 d! B& E  T! e  T2、使用線程原因
5 q/ ?; _- S: Q. }    在Linux系統(tǒng)下，啟動(dòng)一個(gè)新的進(jìn)程必須分配給它獨(dú)立的地址空間，建立眾多的數(shù)據(jù)表來維護(hù)它的代碼段、堆棧段和數(shù)據(jù)段，這是一種"昂貴"的多任務(wù)工作方式。而運(yùn)行于一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程，它們彼此之間使用相同的地址空間，共享大部分?jǐn)?shù)據(jù)，啟動(dòng)一個(gè)線程所花費(fèi)的空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程所花費(fèi)的空間，而且，線程間彼此切換所需的時(shí)間也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于進(jìn)程間切換所需要的時(shí)間。
! N) }& X: n$ l* Z+ `2 @% W    線程間方便的通信機(jī)制。對(duì)不同進(jìn)程來說，它們具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)空間，要進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞只能通過通信的方式進(jìn)行，這種方式不僅費(fèi)時(shí)，而且很不方便。線程則不然，由于同一進(jìn)程下的線程之間共享數(shù)據(jù)空間，所以一個(gè)線程的數(shù)據(jù)可以直接為其它線程所用，這不僅快捷，而且方便。


/ p$ H, Q/ D1 @/ y3、線程操作的函數(shù)
#include <pthread.h>  
int pthread_create(pthread_t *tid, const pthread_attr_t *attr, void *(*func) (void *), void *arg);
6 g4 y) _3 S% ~2 ^+ s2 ~( K! sint pthread_join (pthread_t tid, void ** status);
pthread_t pthread_self (void);
int pthread_detach (pthread_t tid);
void pthread_exit (void *status);

! P+ w% a0 A2 Z- a1 w1 ypthread_create：用于創(chuàng)建一個(gè)線程，成功返回0，否則返回Exxx（為正數(shù)）。
! \. R) T2 T7 Q* z0 T4 V8 jpthread_t *tid：線程id的類型為pthread_t，通常為無符號(hào)整型，當(dāng)調(diào)用pthread_create成功時(shí)，通過*tid指針返回。
! p  M' U: M5 X1 ^
const pthread_attr_t *attr：指定創(chuàng)建線程的屬性，如線程優(yōu)先級(jí)、初始棧大小、是否為守護(hù)進(jìn)程等。可以使用NULL來使用默認(rèn)值，通常情況下我們都是使用默認(rèn)值。
3 ]! v0 ^. C2 U6 O' {5 s0 K
) O3 ~1 O! a  ?void *(*func) (void *)：函數(shù)指針func，指定當(dāng)新的線程創(chuàng)建之后，將執(zhí)行的函數(shù)。
8 j% L- U4 n- y
void *arg：線程將執(zhí)行的函數(shù)的參數(shù)。嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)意義氣嗚嗚吧久零就易，如果想傳遞多個(gè)參數(shù)，請(qǐng)將它們封裝在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中。
/ j1 |* N" J: f' C/ |
/ C- _$ G+ l' U: n. Dpthread_join：用于等待某個(gè)線程退出，成功返回0，否則返回Exxx（為正數(shù)）。
pthread_t tid：指定要等待的線程ID

void ** status：如果不為NULL，那么線程的返回值存儲(chǔ)在status指向的空間中（這就是為什么status是二級(jí)指針的原因！這種才參數(shù)也稱為“值-結(jié)果”參數(shù)）。

pthread_self：用于返回當(dāng)前線程的ID。
pthread_detach：用于是指定線程變?yōu)榉蛛x狀態(tài)，就像進(jìn)程脫離終端而變?yōu)楹笈_(tái)進(jìn)程類似。成功返回0，否則返回Exxx（為正數(shù)）。變?yōu)榉蛛x狀態(tài)的線程，如果線程退出，它的所有資源將全部釋放。而如果不是分離狀態(tài)，線程必須保留它的線程ID，退出狀態(tài)直到其它線程對(duì)它調(diào)用了pthread_join。
pthread_exit用于終止線程，可以指定返回值，以便其他線程通過pthread_join函數(shù)獲取該線程的返回值。
void *status：指針線程終止的返回值。

4、線程間互斥
" c$ L1 Z3 c+ p7 A) c3 @4 e  t  K    使用互斥鎖（互斥）可以使線程按順序執(zhí)行。通常，互斥鎖通過確保一次只有一個(gè)線程執(zhí)行代碼的臨界段來同步多個(gè)線程。互斥鎖還可以保護(hù)單線程代碼。
! A9 I$ j$ c' `0 Eint pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t * mptr);  
# h) T. Q7 J3 D8 X  oint pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t * mptr);

3 N# u5 [0 k8 f6 a# m( v! t: \' F% {先聲明一個(gè)pthread_mutex_t類型的變量，用作下面兩個(gè)函數(shù)的參數(shù)。在對(duì)臨界資源進(jìn)行操作之前需要pthread_mutex_lock先加鎖，操作完之后pthread_mutex_unlock再解鎖。


5、線程間同步
1 W3 Y. P$ F# U  \3 S) }條件變量：使用條件變量可以以原子方式阻塞線程，直到某個(gè)特定條件為真為止。條件變量始終與互斥鎖一起使用。對(duì)條件的測(cè)試是在互斥鎖（互斥）的保護(hù)下進(jìn)行的。
#include <pthread.h>  
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cptr, pthread_mutex_t *mptr);  
* h0 L2 t, E0 q/ N' r; f0 z3 @int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cptr);  
; J8 a# h* F2 e! W! E% Y2 W2 N//Both return: 0 if OK, positive Exxx value on error

pthread_cond_wait用于等待某個(gè)特定的條件為真，pthread_cond_signal用于通知阻塞的線程某個(gè)特定的條件為真了。在調(diào)用者兩個(gè)函數(shù)之前需要聲明一個(gè)pthread_cond_t類型的變量，用于這兩個(gè)函數(shù)的參數(shù)。
1 c- g, V5 b$ d6 J6 ?/*
: f; O9 _; O2 L5 L& V是否熟悉POSIX多線程編程技術(shù)？如熟悉，編寫程序完成如下功能：
8 G5 x7 A  u  K. d  1）有一int型全局變量g_Flag初始值為0；
, k" H$ [8 O4 m2 U% l  2）在主線稱中起動(dòng)線程1，打印“this is thread1”，并將g_Flag設(shè)置為1
1 c+ |6 q1 |3 O; D  3）在主線稱中啟動(dòng)線程2，打印“this is thread2”，并將g_Flag設(shè)置為2
+ l+ d  r# L0 |$ y0 ~1 V5 @  4）線程序1需要在線程2退出后才能退出
  5）主線程在檢測(cè)到g_Flag從1變?yōu)?，或者從2變?yōu)?的時(shí)候退出

6 T6 E/ i0 c1 p: Q% }9 b( S