C/C++6C++基础：进程，信号，/多线程，线程同步

Posted 2022-01-08 码农编程录

文章目录

• 1.进程：fork()，grep 空
• 2.信号：signal(.,EXIT)，jps
• • 2.1 捕捉信号：ctrl+c：2
  • 2.2 捕捉信号：kill -9：9
  • 2.3 捕捉信号：kill：15
  • 2.4 程序后台运行两种方法：ctrl+c无法中止，用killall book1或kill 进程号
• 3.多线程：pthread_create()，查看线程top -H，ps -xH | grep
• • 3.1 子线程未执行：join
  • 3.2 线程传参区分线程："th1"
  • 3.3 两子线程数字相加：分别加到自己线程变量中
  • 3.4 两个线程同时加到一个全局变量s中：5000数字小不会影响
  • 3.5 全局变量S++要加锁：数字大出现race condition
  • 3.6 假共享：和3.3一样两线程分别加到自己result数组中
• 4.socket客户端程序改为多线程：pthread_mutex_destroy

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1.进程：fork()，grep 空

一个进程（正在内存中运行的程序）在内存里有三部分数据：代码段（相同），堆栈段+数据段（不同）。ps -ef (同-aux) | more。getpid库函数功能是获取进程编号，该函数没有参数，返回值是进程的编号，int a；a=getpid()；相同程序在不同时间执行，进程编号不同。











进程应用：并发：把socket服务端改为多进程，每次accept到一个客户端连接后，生成一个子进程，让子进程负责与这个客户端通讯。父进程继续accept客户端连接。以下在服务端中，在CTcpServer类中增加两个成员函数。


僵尸进程：一个进程执行了exit系统调用退出时会向父进程发送SIGCHLD信号，而其父进程并没有为它收尸(调用wait或waitpid来获得它的结束状态，如进程ID、终止状态等等)的进程，ps显示有< default >。总结：仔细处理子进程死后的信息，如果不想处理就需要交给系统处理。

2.信号：signal(.,EXIT)，jps

进程间通信方式：1.管道：ls | grep 1。
2.消息队列：内核创建的一个消息队列，os中多个进程都能操作这个消息队列，可以往里面发送消息，可以接收消息。类似socket。
3.共享内存：每个进程访问内存时，有一个虚拟内存地址和物理内存地址的一个映射，一般两个进程的虚拟内存地址可以一样，但映射的物理内存地址一般不一样。共享内存就是将它们映射的物理内存地址也变一样，这时两个进程能同时访问一块相同的物理内存，于是借助这块物理内存实现通信。

4.套接字：常见，访问数据库进程和数据库进程本身，这两个进程间通信就是通过3306号端口建立起的tcp套接字。本机访问mysql不走tcp的套接字，而是走linux底层套接字。
5.信号量/灯：类似一个计数器，控制多个进程对一个共享资源的访问，起到控制数量的锁机制。
6.信号：一个进程可向另一个进程发送一个信号，进程可处理这个信号。如下列出所有信号，linux中信号大多数是把另一个进程杀死，干脆把这个指令叫kill了，如下64种死法。 如下是键盘中断ctrl+c，是当前shell向tail -f这个进程发送一个信号值为2的2）SIGINT的信号。

如下kill后产生如下Terminated，kill不加参数是信号量是15的15）SIGTERM的信号，kill和killall一样。


如下重新查看进程号，信号量是9的9）SIGKILL的信号。

2.1 捕捉信号：ctrl+c：2

如下在死循环之前注册下信号的处理，如下让ctrl+c无效。

如下点击Build后就会将类编译出来。


如上ctrl+c无法停止，只能用kill，jps查看进程pid。

2.2 捕捉信号：kill -9：9

如下启动程序就报错。

2.3 捕捉信号：kill：15

将如上KILL换成TERM即SIGTERM，重新build project。win下信号比linux下信号少很多，将当前程序打包成jar包传到linux。可使用IDEA提供的打包jar包方式，也可用如下命令行打包。


如下用压缩软件打开1.jar。

如下：后有一个空格，最后一行是空行。

如上完整，如下可以正常运行了，再将1.jar拖进linux下。


如下kill -9才结束进程。

2.4 程序后台运行两种方法：ctrl+c无法中止，用killall book1或kill 进程号

信号作用：服务程序在后台运行，如果想终止它，杀了它不是个好办法，因为没有释放资源。如果能向程序发一个信号，程序收到这个信号后调用一个函数，在函数中编写释放资源代码，程序就可以安全体面退出。

下面 EXIT函数就是自定义函数，TcpServer设为全局变量因为EXIT函数要访问它并关闭socket。

如下ctrl+c和kill/killall命令都能调用EXIT函数来关闭进程，不叫杀进程了，叫通知退出。

3.多线程：pthread_create()，查看线程top -H，ps -xH | grep

新进程必须分配独立地址空间，每个进程有自己的堆栈段和数据段，系统开销高，数据传递只能通过进程间通信方式。

thread：指向线程标识符地址。attr：设置线程属性，一般为空表示默认属性。start_routine：线程运行函数的地址。arg：线程运行函数的参数。编译时加上-lpthread参数，以调用静态链接库，因为pthread并非linux系统默认库。

新客户端连上启动一个线程而不是进程，下面为查看线程的主函数怎么写，pthread_create是C语言库函数，yum install -y man-pages。

如下在如上一行输出的页面EXAMPLE中找到。

将thread_start改为pth_main（线程主函数），以下在book242服务端中。



下面打印出socket。

3.1 子线程未执行：join

如下线程thread和进程process区别。

如下线程主函数void* 。



如上没有打印出hello word，如下join等待进行改进。

3.2 线程传参区分线程：“th1”

如下改进上面，往线程里传参区分线程。

3.3 两子线程数字相加：分别加到自己线程变量中

写两条线程将5000个数字加起来。





如下解决上面代码重复太多问题，将0-2500和2500-5000当参数传进来。result当成myfunc参数传进去，又可以从myfunc传出来。rand（）是伪随机数，每次结果都一样。

3.4 两个线程同时加到一个全局变量s中：5000数字小不会影响

不用每个线程的result。

3.5 全局变量S++要加锁：数字大出现race condition

如下每一条线程加1000000，两条线程应该为2000000。解决就是加锁。

如下t是时间，th2 写w(s)=1，s经过2个线程，应该为2。

解决：pthread_mutex_t 结构体，如下一共做了10万次加锁和解锁（时间太长），一段代码前后都要加解锁才能原子性。






如下从时间上看两个for循环各自独立存在（相当于单线程），不如写两个for循环在同一个线程里，这样还省去了4次加锁解锁时间。

这就是为什么在3.3中把大数组拆成两段，两个线程分别加自己内容，最后放入main中加起来，这样才不会race condition，也不需要通过锁解决race condition。

3.6 假共享：和3.3一样两线程分别加到自己result数组中

0和1两个线程，两个result数组。



如下定义s为局部变量 = 结构体取出result，比上面要快。




如上完整，如下example6始终比example5快，将50000000多加一个0，快的更多。

为什么example6会比5快 ? 因为假共享false sharing。如下是单核cpu不会false sharing。

如下多核+运算结果距离近：example5里result变量在线程主函数外，cpu线程计算要从RAM中拉取。example6里的s为局部变量放在两个线程主函数里即cpu缓存里做计算，cpu两个核里两个缓存不会互相影响。所以example6不会falsing sharing，速度快。

如下解决假共享：cache短，RAM里很长，第一个线程结果保存在0位置，第二个线程结果保存在100位置，cache只更新自己长度的一小段如下4段（空间换时间）。

如下id即0和1，是两个线程的id。线程0存0位置，线程1存100位置。

4.socket客户端程序改为多线程：pthread_mutex_destroy

#include "_public.h"
#include <pthread.h> 
//xx pthread_mutex_t mutex; // 申明一个互斥锁 
// 与客户端通信线程的主函数
void *pth_main(void *arg)

  int pno=(long)arg;   // 线程编号 
  pthread_detach(pthread_self()); 
  char strbuffer[1024]; 
  for (int ii=0;ii<3;ii++)    // 与服务端进行3次交互。
  
    //xx pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁
    memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
    sprintf(strbuffer,"线程%d：这是第%d个超级女生，编号%03d。",pno,ii+1,ii+1);
    if (TcpClient.Send(strbuffer,strlen(strbuffer))<=0) break;
    printf("发送：%s\\n",strbuffer);
 
    memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
    if (TcpClient.Recv(strbuffer,sizeof(strbuffer))<=0) break;
    printf("线程%d接收：%s\\n",pno,strbuffer);
    //xx pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 释放锁
    // usleep(100);   // usleep(100)，否则其它的线程无法获得锁。
   
  pthread_exit(0);

 
int main()

  // 向服务器发起连接请求
  if (TcpClient.ConnectToServer("172.16.0.15",5051)==false)
   printf("TcpClient.ConnectToServer(\\"172.16.0.15\\",5051) failed,exit...\\n"); return -1;  
  //xx pthread_mutex_init(&mutex,0); // 创建锁 
  pthread_t pthid1,pthid2;
  pthread_create(&pthid1,NULL,pth_main,(void*)1);   // 创建第一个线程
  pthread_create(&pthid2,NULL,pth_main,(void*)2);   // 创建第二个线程 
  pthread_join(pthid1,NULL);    // 等待线程1退出。
  pthread_join(pthid2,NULL);    // 等待线程2退出。 
  //xx pthread_mutex_destroy(&mutex[ii]);   // 销毁锁

客户端成功连上服务器后，创建两个线程，同时与服务端进行通信，发送3个请求报文并接收服务端的回应。book263.cpp暂时不启用锁，先试试效果。启动服务端程序book261，然后再启动book263。

发现客户端的两个线程的报文收发出现了混乱。把book263.cpp的线程锁代码启用，编译运行。