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1、www.chinaEDA.cnlinux多线程编程1.1.LinuxLinux下下线程线程概述2.2.linuxlinux线程线程实现www.chinaEDA.cn1、Linux下线程概述概述进程是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。线程通常叫做轻型的进程。线程是在共享内存空间中并发执行的多道执行路径，他们共享一个进程的资源。因为线程和进程比起来很小，所以相对来说，线程花费更少的CPU资源。www.chinaEDA.cn用户地址空间线程一线程二线程三进 程图1 进程与线程的关系www.chinaEDA.cn线程按照其调度者可分为用户级线程和内核级线程两种
2、。（1）用户级线程主要解决的是上下文切换的问题，其调度算法和调度过程全部有用户决定。（2）内核级线程有内核调度机制实现。现在大多数操作系统都采用用户级线程和内核级线程并存的方法。用户级线程可与内核级线程实现“一对一”，“一对多”的对应关系。www.chinaEDA.cn2、linux线程实现线程实现以下线程均为用户级线程。在linux中，一般采用Pthread线程库实现线程的访问与控制，由POSIX提出，具有良好的可移植性。www.chinaEDA.cn2.1 线程创建与退出线程创建与退出创建线程使用pthread_create函数。在线程创建以后，就开始运行相关的线程函数。线程退出时使用函数
3、pthread_exit,是线程的主动行为。注意进程退出时使用exit函数，线程中用pthread_exit替代exit。由于一个进程中的多个线程共享数据段，因此通常在线程退出后，退出线程所占用的资源并不会随线程结束而释放。所有需要pthread_join函数来等待线程结束，类似于wait系统调用。www.chinaEDA.cn创建进程：#include pthread_create(pthread_t*thread,pthread_attr_t*attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg)thread：线程标识符attr：线程属性设置start_ro
4、utine：线程函数起始地址arg：传递给start_routine的参数www.chinaEDA.cn进程退出：#include pthread_exit(void*retval)retval：pthread_exit调用者线程的返回值，可由其他函数和pthread_join来检测获取。www.chinaEDA.cn等待进程退出：#include pthread_join(pthread_t*th，void*thread_return)th：等待线程的标识符thread_return：用户定义指针，用来存储被等待线程的返回值线程实例见：thread.cwww.chinaEDA.cn2.2 修
5、改线程属性修改线程属性在thread_creat函数中有设置线程属性参数，这些属性包括绑定属性、分离属性、堆栈地址、堆栈大小、优先级。系统默认属性为非绑定、非分离、缺省1M的堆栈、与父进程同样级别的优先级。分别介绍绑定属性和分离属性。www.chinaEDA.cn1、绑定属性 在linux系统中，可实现一个用户级线程与一个内核级线程相对应的“一对一”线程机制。绑定属性是指一个用户级线程固定的分配给一个内核级线程。非绑定属性则是指用户级线程与内核级线程的关系不是始终固定的，而是由系统来控制分配。www.chinaEDA.cn2、分离属性 分离属性是用来决定一个线程以什么样的方式来终止自己。在非分
6、离情况下，当一个线程结束时，它所占用的系统资源并没有完全释放，也没有真正终止。只有当pthread_join()函数返回时，该线程才释放自己占用的资源。而在分离情况下，一个线程结束时会立即释放它所占用的资源。www.chinaEDA.cn3、属性设置属性设置是由一定函数来完成的，通常调用pthread_attr_init函数进行初始化。设置绑定属性的函数为pthread_attr_setscope,设置分离属性的函数是pthread_attr_setdetachstate,设置线程优先级的相关函数pthread_attr_getschdparm（获取线程优先级）和pthread_attr_se
7、tschedparam（设置线程优先级）。在设置完成属性后，调用pthread_creat函数创建线程。www.chinaEDA.cn线程属性初始化：#include int pthread_attr_init(pthread_attr_t*attr)attr：线程属性返回值：成功0，错误-1。www.chinaEDA.cn设置绑定属性：#include pthread_attr_setscope(pthread_attr_t*attr,init scope)attr：线程属性scope：PTHREAD_SCOPE_SYSTEM(绑定)PTHREAD_SCOPE_PRCESS(非绑定)返回值：
8、成功0，错误-1。www.chinaEDA.cn设置分离属性:#include pthread_attr_setsetdetachstate(pthread_attr_t*attr,init detachstate)attr：线程属性detachstate：PTHREAD_CREAT_DETACHED(分离)PTHREAD_CREAT_JOINABLE(非分离)返回值：成功0，错误-1。www.chinaEDA.cn获取线程优先级：#include int pthread_attr_getschedparam(pthread_attr_attr*attr,struct sched_param*
9、param)attr：线程属性param：线程优先级返回值：成功0，错误-1。www.chinaEDA.cn设置线程优先级：#include int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_attr*attr,struct sched_param*param)attr：线程属性param：线程优先级返回值：成功0，错误-1。线程实例见：pthread.cwww.chinaEDA.cn2.3 mutex互斥锁线程控制互斥锁线程控制 mutex是一种简单的加锁的方法来控制对共享资源的访问。在同一时刻只能有一个线程掌握某个互斥上的锁,拥有上锁状态的线程能够对共
10、享资源进行访问。若其他线程希望上锁一个已经被上了互斥锁的资源，则该线程挂起，直到上锁的线程释放互斥锁为止。www.chinaEDA.cn互斥锁的操作主要包括以下几个步骤：n 互斥锁初始化：pthread_mutex_initn 互斥锁上锁：pthread_mutex_lockn 互斥锁判断上锁：pthread_mutex_trylockn 互斥锁解锁：pthread_mutex_unlockn 消除互斥锁：pthread_mutex_destroywww.chinaEDA.cn互斥锁可分为以下三种：n 快速互斥锁：n 递归互斥锁：n 检错互斥锁：这三种锁的主要区别在于其他未占有互斥锁的线程在希
11、望得到互斥锁时是否需要阻塞等待。n 快速互斥锁是指调用线程会阻塞直到拥有互斥锁的线程释放为止。n 递归互斥锁能够成功返回并且增加调用线程在互斥上加锁的次数。n 检错互斥锁则为快速互斥锁的阻塞版本，他会立即返回并得到一个错误。www.chinaEDA.cn互斥锁初始化：#include int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t*mutex,constpthread_mutex_attr_t*mutexattr)Mutex：互斥锁Mutexattr：PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER:创建快速互斥锁 PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX
12、_INITIALIZER_NP:创建递归互斥锁 PTHREAD_REEORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP:创建检错互斥锁www.chinaEDA.cn互斥锁操作：#include int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t*mutex)int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t*mutex)int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t*mutex)int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t*mutex)Mutex：互斥锁返回
13、值：成功0，错误-1。互斥锁实例见：mutex.cwww.chinaEDA.cn2.4 信号量线程控制信号量线程控制信号量也就是操作系统中所用到的PV操作，它广泛用于进程或线程间的互斥与同步。PV操作是对整数计数器信号量sem的操作。一次P操作使sem减一，一次V操作使sem加一。用于互斥时，几个进程（或线程）往往只设置一个信号量sem。用于同步时，往往设置多个信号量，并安排不同的值了来实现它们之间的顺序执行。www.chinaEDA.cn开始初始化信号量V操作V操作线程二执行线程一执行P操作P操作结束图2 信号量互斥操作www.chinaEDA.cn开始初始化信号量V操作sem1V操作sem
14、2线程二执行线程一执行P操作sem1P操作sem2结束图3 信号量同步操作www.chinaEDA.cnLinuxLinux实现了实现了POSIX.1POSIX.1的无名信号量，用于的无名信号量，用于线程的同步与互斥。信号量操作函数：线程的同步与互斥。信号量操作函数：nsem_initsem_init:用于创建一个信号量，并初始化它。用于创建一个信号量，并初始化它。nsem_waitsem_wait或或sem_trywaitsem_trywait:相当于相当于P P操作，它们操作，它们都能使信号量减一，两者区别在于当信号量小都能使信号量减一，两者区别在于当信号量小于零时，于零时，sem_waitsem_wait会阻塞，而会阻塞，而sem_trywaitsem_trywait则则会立即返回。会立即返回。nsem_postsem_post:相当于相当于V V操作，它将信号量的值加一操作，它将信号量的值加一同时发出信号唤醒等待的进程。同时发出信号唤醒等待的进程。nsem_getvaluesem_getvalue:得到信号量的值。得到信号量的值。nsem_destroysem_destroy:删除信号量。删除信号量。信号量实例见：信号量实例见：sem_mutex.csem_mutex.c sem_syn.csem_syn.c