Linux--线程编程

进程

　　系统中程序执行和资源分配的基本单位

　　每个进程有自己的数据段、代码段和堆栈段

　　在进行切换时需要有比较复杂的上下文切换

线程

　　减少处理机的空转时间，支持多处理器以及减少上下文切换开销, 比创建进程小很多

　　进程内独立的一条运行路线

　　处理器调度的最小单元，也称为轻量级进程

可以对进程的内存空间和资源进行访问，并与同一进程中的其他线程共享

线程

　　线程相关的执行状态和存储变量放在线程控制表内

　　一个进程可以有多个线程，有多个线程控制表及堆栈寄存器，共享一个用户地址空间

多线程同步问题

　　线程共享进程的资源和地址空间

　　任何线程对系统资源的操作都会给其他线程带来影响

线程技术发展

　　Linux 2.2内核

　　　　•不存在真正意义上的线程

　　Linux 2 .4内核

　　　　•消除线程个数的限制，允许动态地调整进程数上限

　　在Linux 内核2.6之前，进程是最主要的处理调度单元，并没支持内核线程机制

　　Linux 2.6内核

　　　　•实现共享地址空间的进程机制, 在1996年第一次获得线程的支持

线程技术发展

　　为了改善LinuxThread问题，根据新内核机制重新编写线程库, 改善Linux对线程的支持

　　　　•由IBM主导的新一代POSIX线程库（Next Generation POSIX Threads，简称为NGPT）

　　　　　　–NGPT项目在2002年启动

　　　　　　–为了避免出现有多个Linux线程标准，在2003年停止该项目

　　　　•由Red Hat主导的本地化POSIX线程库 (Native POSIX Thread Library，简称为NTPL)

　　　　　　–最早在Red Hat Linux9中被支持

　　　　　　–现在已经成为GNU C函数库的一部分，同时也成为Linux线程的标准

线程标识

　　线程ID

　　　　•进程ID在整个系统中是唯一的

　　　　•线程ID只在它所属的进程环境中有效

函数: pthread_self()

线程标识

　　pthread_t类型通常用结构来表示

　　•不能把它作为整数处理

　　　　–Linux使用无符号长整数表示

　　•为了移植，使用函数来比较线程ID

函数: pthread_equal()

1 #include 2 #include 3 #include 4 5 int main(){ 6 pthread_t thread_id; 7 8 thread_id=pthread_self(); // 返回调用线程的线程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 }

线程编程

　　操作用户空间中的线程

创建线程

　　•调用该线程函数的入口点

　　•使用函数pthread_create()，线程创建后，就开始运行相关的线程函数

1 #include 2 #include 3 #include 4 5 void *thrd_func(void *arg); 6 pthread_t tid; 7 8 int main(){ 9 // 创建线程tid，且线程函数由thrd_func指向，是thrd_func的入口点，即马上执行此线程函数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); //退出线程29 // return ((void *)0);30 }

退出线程

　　•在线程函数运行完后，该线程也就退出了

　　•或使用函数pthread_exit()，这是线程的主动行为

　　•不能使用exit()

使调用进程终止，所有线程都终止了

等待线程

　　•由于一个进程中的多个线程是共享数据段的，通常在线程退出之后，退出线程所占用的资源并不会随着线程的终止而得到释放

　　•pthread_join()函数

　　　　类似进程的wait()/waitpid()函数，用于将当前线程挂起来等待线程的结束

　　　　是一个线程阻塞的函数，调用它的线程一直等待到被等待的线程结束为止

　　　　函数返回时，被等待线程的资源就被收回

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 // 创建线程tid1，线程函数thrd_func112 if (pthread_create(&tid1,NULL,thrd_func1,NULL)!=0) {13 printf("Create thread 1 error!\n");14 exit(1);15 }16 // 创建线程tid2,线程函数thrd_func217 if (pthread_create(&tid2,NULL,thrd_func2,NULL)!=0) {18 printf("Create thread 2 error!\n");19 exit(1);20 }21 // 等待线程tid1结束，线程函数返回值放在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结束，线程函数返回值放在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); // 自动退出线程43 }44 45 void *thrd_func2(void *arg){46 printf("Thread 2 exiting!\n");47 pthread_exit((void *)2); // 线程主动退出，返回(void *)248 }

取消线程

　　•在别的线程中要终止另一个线程

　　•pthread_cancel()函数

　　•被取消的线程可以设置自己的取消状态

　　　　–被取消的线程接收到另一个线程的取消请求之后，是接受还是忽略这个请求

　　　　–如果接受，是立刻进行终止操作还是等待某个函数的调用等

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 // 创建线程tid1，线程函数thrd_func112 if (pthread_create(&tid1,NULL,thrd_func1,NULL)!=0) {13 printf("Create thread 1 error!\n");14 exit(1);15 }16 // 创建线程tid2，线程函数thrd_func217 if (pthread_create(&tid2,NULL,thrd_func2,NULL)!=0) {18 printf("Create thread 2 error!\n");19 exit(1);20 }21 // 等待线程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 // 等待线程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); // 设置其他线程可以cancel掉此线程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) // 线程tid2向线程tid1发送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)); // 初始化随机函数发生器 17 18 for(no=0;no19 if (pthread_create(&thread[no],NULL,thrd_func,(void*)no)!=0) { // 创建THREAD_NUM个线程，传入(void*)no作为thrd_func的参数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]线程结束，线程函数返回值放在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 }