Unix编程-线程

Posted 2021-04-30 PorFavor

线程

进程是一个程序的一个实例，拥有自己独立的各种段（数据段，代码段等等），每次创建一个进程需要从操作系统分配这些资源给他，消耗一定的时间，在linux下C语言创建一个进程使用fork()函数；

线程是一个轻量级的进程，除了自己少数的资源，不用用其他资源，且一个进程可以创建多个线程，这些线程共享进程的资源，创建线程的时间要比创建进程少很多，从函数角度是使用clone()创建。

使用线程处理文件I/O或者socket处理都是非常有优势的，将一个大任务分解成若干个小任务，每个线程处理一个任务，线程之间切换不需要花很多时间，而且线程之间数据交换很方便，共享存储区。

创建线程

int pthread_create(pthread_t * tid, const pthread_attr_t * attr, void * ( * func) (void * ), void * arg);

其返回值是一个整数，若创建进程成功返回0，否则，返回其他错误代码。

pthread_t * tid 线程变量名：pthread_t *类型，是标示线程的id，一般是无符号整形，这里也可以是引用类型，目的是用于返回创建线程的ID

const pthread_attr_t * attr 线程的属性指针：制定线程的属性，比如线程优先*级，初始栈大小等，通常情况使用的都是指针。默认为NULL。

void * ( * func) (void * ) 创建线程的程序代码：一般是函数指针，进程创建后执行该函数指针指向的函数。

void * arg 程序代码的参数：若线程执行的函数包含由若干个参数，需要将这些参数封装成结构体，并传递给它指针。

pthread_t pthread_self (void);

用于返回当前进程的ID

int pthread_equal(pthread_t thread1, pthread_t thread2)

判断两个线程描述符是否指向同一线程。在LinuxThreads中，线程ID相同的线程必然是同一个线程

结束线程

void pthread_exit (void *status);

status: 指针类型，用于存储线程结束后返回状态。

线程等待

int pthread_join (pthread_t tid, void ** thread_return);

pthread_t tid：要等待结束的线程的标识

void **thread_return 指针thread_return指向的位置存放的是终止线程的返回状态。默认为NULL。

pthread_create调用成功以后，新线程和老线程谁先执行，谁后执行用户是不知道的，这一块取决与操作系统对线程的调度。

如果我们需要等待指定线程结束，需要使用pthread_join函数，这个函数实际上类似与多进程编程中的waitpid。

举个例子，以下假设 A 线程调用 pthread_join 试图去操作B线程，该函数将A线程阻塞，直到B线程退出，当B线程退出以后，A线程会收集B线程的返回码。

分离线程

int pthread_detach (pthread_t tid);

pthread_t tid: 指定线程的ID

指定的ID的线程变成分离状态；若指定线程是分离状态，则 如果线程退出，那么它所有的资源都将释放。

对于一个处于分离状态的线程，不可使用pthread_join。

如果线程不是分离状态，线程必须保留它的线程ID、退出状态，直到其他线程对他调用pthread_join()函数

互斥锁

多线程之间可能需要互斥的访问一些全局变量，这就需要互斥地来访问，这些需要共享访问的字段被称作是临界资源，访问临界资源的程序段称作是临界区。

实现线程间的互斥与同步机制的是锁机制。

pthread_mutex_t mutex 锁对象

pthread_mutex_init(&mutex,NULL) 在主线程中初始化锁为解锁状态

pthread_mutex_lock(&mutex): 访问临界区加锁操作

pthread_mutex_unlock(&mutex): 访问临界区解锁操作

例 对全局变量的互斥锁

使用三个线程，求从 1 加到 10000 的值

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <pthread.h>

int sharei = 0;

void increase_num(void);

// add mutex

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int main()

{

    int ret;

    pthread_t thread1,thread2,thread3;

    ret = pthread_create(&thread1,NULL,(void *)&increase_num,NULL);

    ret = pthread_create(&thread2,NULL,(void *)&increase_num,NULL);

    ret = pthread_create(&thread3,NULL,(void *)&increase_num,NULL);

    pthread_join(thread1,NULL);

    pthread_join(thread2,NULL);

    pthread_join(thread3,NULL);

    printf("sharei = %d\n",sharei);

    return 0;

}

void increase_num(void)

{

    long i,tmp;

    for(i =0;i<=10000;++i){

        // lock

        if(pthread_mutex_lock(&mutex) != 0){

            perror("pthread_mutex_lock");

            exit(EXIT_FAILURE);

        }

        tmp = sharei;

        tmp = tmp + 1;

        sharei = tmp;

        // unlock

        if(pthread_mutex_unlock(&mutex) != 0){

            perror("pthread_mutex_unlock");

            exit(EXIT_FAILURE);

        }

    }

}

其实这里的加锁不是对共享变量（全局变量）或者共享内存进行保护，这里的加锁实际上是对临界区的控制，所谓的临界区就是访问临界资源的那一段代码，

这段代码对临界资源进行多种操作，正确的情况是不允许这段代码执行到一半，处理器使用权就被其他线程抢走，

所以这段代码具有原子性，即要么执行，要么不执行，不能执行到一半就被抢走处理权，这样就会造成共享数据被污染。

还有一点，添加锁来控制临界区是有代价的，这个代价表现出来就是时间的额外开销，内部过程是因为要保护现场，会利用一些资源，也需要处理器处理的时间。

条件变量

线程a等待某个条件成立，条件成立，线程a才继续向下执行。线程b的执行使条件成立，条件成立之后唤醒线程a，以继续执行。这个条件就是条件变量，pthread_cond_t 就是条件变量类型。

https://blog.csdn.net/weixin_38239856/article/details/78255767

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