05 Linux多线程程序设计
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关于Linux多线程编程Linux线程分为两类,一是核心级支持线程,在核心级实现线程时,线程的实现依赖于内核,无论是在用户进程中的线程还是系统进程中的线程,他们的创建、撤消、切换都由内核实现。
核心只有单线程进程概念,而多线程进程由与应用程序连接的过程库实现。
另一类线程是用户级线程,在Linux众多的线程库中,大部分实现的是用户级线程。
系统创建线程的顺序如下:当一个线程启动后,它会自动创建一个线程即主线程(main thread)或者初始化线程(initial thread),然后就利用pthread_initialize()初始化系统管理线程并且启动线程机制。
Linux线程编程基础要创建一个多线程程序,必须加载pthread.h头文件。
要掌握多线程编程常用的几个函数:1、创建新线程函数:pthread_create()2、挂起当前线程函数:pthread_join()3、线程注册的清除处理函数:pthread_exit()4、取消一个线程函数:pthread_cancel()5、挂起当前线程,直到满足某种条件:pthread_cond_init多线程的同步1、互斥锁互斥锁用来保证一段时间内只有一个线程在执行一段代码。
当在同一内存空间运行多个线程时,为保证多个线程之间不相互破坏,要创建互斥量,如果一个线程已经锁定一个互斥量,第二个线程又试图去锁定这个互斥量,则第二个线程被挂起(不占用任何CPU资源),直到第一个线程解除对这个互斥量的锁定为止。
第二个线程将被唤醒并继续执行,同时锁定这个互斥量。
创建互斥量时,必须首先声明一个类型为pthread_mutex_t的变量,然后对其进行初始化,结构pthread_mutex_t为不公开的数据类型,其中包含一个系统分配的属性对象。
函数pthread_mutex_init用来生成一个互斥锁。
锁定一个互斥量时使用函数pthread_mutex_lock(),它尝试锁定一个互斥量,如果该互斥量已经被其它线程锁定,该函数就把调用自己的线程挂起,一旦该互斥量解锁,它将恢复运行并锁定该互斥量。
Linux内核多线程实现⽅法 —— kthread_create函数内核经常需要在后台执⾏⼀些操作,这种任务就可以通过内核线程(kernle thread)完成独⽴运⾏在内核空间的标准进程。
内核线程和普通的进程间的区别在于内核线程没有独⽴的地址空间,mm指针被设置为NULL;它只在内核空间运⾏,从来不切换到⽤户空间去;并且和普通进程⼀样,可以被调度,也可以被抢占。
实际上,内核线程只能由其他内核线程创在现有的内核线程中创建⼀个新的内核线程的⽅法:建,在现有的内核线程中创建⼀个新的内核线程的⽅法:kthread_create:创建线程。
struct task_struct *kthread_create(int (*threadfn)(void *data),void *data,const char *namefmt, ...); //注意,第⼆个参数data⽤于向线程传递参数线程创建后,不会马上运⾏,⽽是需要将kthread_create() 返回的task_struct指针传给wake_up_process(),然后通过此函数运⾏线程。
kthread_run :创建并启动线程的函数,相当于kthread_create + wake_up_process功能;struct task_struct *kthread_run(int (*threadfn)(void *data),void *data,const char *namefmt, ...);kthread_stop:通过发送信号给线程,使之退出。
会⼀直运⾏,除⾮该线程主动调⽤do_exit函数,或者其int kthread_stop(struct task_struct *thread); 线程⼀旦启动起来后,会⼀直运⾏他的进程调⽤kthread_stop函数,结束线程的运⾏。
但如果线程函数正在处理⼀个⾮常重要的任务,它不会被中断的。
当然如果线程函数永远不返回并且不检查信号,它将永远都不会停⽌,因此,线程函数必须能让出CPU,以便能运⾏其他线程。
Linux高级系统编程教学设计课程名称:Linux高级系统编程_______________授课年级:___________________________ 授课学期:___________________________ 教师姓名:___________________________20xx年03月01日共享资源的操作代码可以完整执行,而不会在访问的中途被其他线程介入对共享资源访问,造成错误。
在这里,通常把对共享资源操作的代码段,称之为临界区,其共享资源也可以称为临界资源。
于是这种机制--互斥锁的工作原理就是对临界区进行加锁,保证处于临界区的线程不被其他线程打断,确保其临界区运行完整,互斥锁一种互斥机制。
互斥锁作为一种资源,在使用之前需要先初始化一个互斥锁。
每一个线程在访问共享资源时,都需要进行加锁操作,如果线程加锁成功,则可以访问共享资源,期间不会被打断,在访问结束之后解锁。
如果线程在进行上锁时,其锁资源被其他线程持有,那么该线程则会执行阻塞等待,等待锁资源被解除之后,才可以进行加锁。
对于多线程而言,在同等条件下,对互斥锁的持有是不确定的,先持有锁的线程先访问,其他线程只能阻塞等待。
也就是说,互斥锁并不能保证线程的执行先后,但却可以保证对共享资源操作的完整性。
如图所示。
互斥锁的使用包括初始化互斥锁、互斥锁上锁、互斥锁解锁、互斥锁释放。
#include <pthread.h>int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr);ptherad_mutex_init()函数用来实现互斥锁的初始化,参数mutex用来指定互斥锁额标识符,类似于ID;参数attr为互斥锁的属性,一般设置为NULL,即默认属性。
Linux多线程编程小结1.Linux进程与线程Linux进程创建一个新线程时,线程将拥有自己的栈(因为线程有自己的局部变量),但与它的创建者共享全局变量、文件描述符、信号句柄和当前目录状态。
Linux通过fork创建子进程与创建线程之间是有区别的:fork创建出该进程的一份拷贝,这个新进程拥有自己的变量和自己的PID,它的时间调度是独立的,它的执行几乎完全独立于父进程。
进程可以看成一个资源的基本单位,而线程是程序调度的基本单位,一个进程内部的线程之间共享进程获得的时间片。
2._REENTRANT宏在一个多线程程序里,默认情况下,只有一个errno变量供所有的线程共享。
在一个线程准备获取刚才的错误代码时,该变量很容易被另一个线程中的函数调用所改变。
类似的问题还存在于fputs之类的函数中,这些函数通常用一个单独的全局性区域来缓存输出数据。
为解决这个问题,需要使用可重入的例程。
可重入代码可以被多次调用而仍然工作正常。
编写的多线程程序,通过定义宏_REENTRANT来告诉编译器我们需要可重入功能,这个宏的定义必须出现于程序中的任何#include语句之前。
_REENTRANT为我们做三件事情,并且做的非常优雅:(1)它会对部分函数重新定义它们的可安全重入的版本,这些函数名字一般不会发生改变,只是会在函数名后面添加_r字符串,如函数名gethostbyname变成gethostbyname_r。
(2)stdio.h中原来以宏的形式实现的一些函数将变成可安全重入函数。
(3)在error.h中定义的变量error现在将成为一个函数调用,它能够以一种安全的多线程方式来获取真正的errno的值。
3.线程的基本函数大多数pthread_XXX系列的函数在失败时,并未遵循UNIX函数的惯例返回-1,这种情况在UNIX函数中属于一少部分。
如果调用成功,则返回值是0,如果失败则返回错误代码。
1.线程创建:#include <pthread.h>int pthread_create(pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);参数说明:thread:指向pthread_create类型的指针,用于引用新创建的线程。