linux高级编程-6

1嵌入式改变未来！Linux高级编程（六）张勇涛2多线程编程3线程与进程线程和进程比较有下面两个优点：1.它是一种非常节俭的多任务操作方式。Linux系统下，启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段，这是一种“昂贵”的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程，它们彼此之间使用相同的地址空间，共享大部分数据，启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。据统计，总的说来，一个进程的开销大约是一个线程开销的30倍左右。2.线程间方便的通信机制。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。线程则不然，由于同一进程下的线程之间共享数据空间，所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用，这不仅快捷，而且方便。当然，数据的共享也带来其他一些问题，有的变量不能同时被两个线程所修改，有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击，这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。4线程与进程线程执行开销小，而不利于资源的管理和保护，而进程则相反。5线程的其他优点不和进程比较，多线程程序作为一种多任务、并发的工作方式，当然有以下的优点：1)提高应用程序响应。这对图形界面的程序尤其有意义，当一个操作耗时很长时，整个系统都会等待这个操作，此时程序不会响应键盘、鼠标、菜单的操作，而使用多线程技术，将耗时长的操作（timeconsuming）置于一个新的线程，可以避免这种尴尬的情况。2)使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时，不同的线程运行于不同的CPU上。3)改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程，成为几个独立或半独立的运行部分，这样的程序会利于理解和修改6线程和进程的关系用户地址空间线程一线程二线程三进程7线程概念•线程是进程中的一个实体,是CPU调度和分配的基本单位.8线程共享资源•同一进程的多个线程共享同一地址空间，因此TextSegment、DataSegment都是共享的，如果定义一个函数，在各线程中都可以调用，如果定义一个全局变量，在各线程中都可以访问到•除此之外，各线程还共享以下进程资源和环境：文件描述符表每种信号的处理方式（SIG_IGN、SIG_DFL或者自定义的信号处理函数）当前工作目录用户id和组id9线程独享资源•线程id•上下文，包括各种寄存器的值、程序计数器和栈指针•栈空间•errno变量•信号屏蔽字•调度优先级10线程库•在Linux上线程函数位于libpthread共享库中，因此在编译时要加上-lpthread选项。11线程控制12创建线程#includepthread.hintpthread_create(pthread_t*restrictthread,constpthread_attr_t*restrictattr,void*(*start_routine)(void*),void*restrictarg);返回值：成功返回0，失败返回错误号。thread：线程标识符attr:线程属性设置，没有特殊设定，设置为NULLstart_routine：线程函数起始地址arg：传递给start_routine的参数13restrict备注:关键字restrict只用于限定指针；该关键字用于告知编译器，所有修改该指针所指向内容的操作全部都是基于(baseon)该指针的，即不存在其它进行修改操作的途径；这样的后果是帮助编译器进行更好的代码优化，生成更有效率的汇编代码。14创建进程例子•pthread.c•thread_t类型是一个地址值，属于同一进程的多个线程调用getpid(2)可以得到相同的进程号，而调用pthread_self(3)得到的线程号各不相同。•由于pthread_create的错误码不保存在errno中，因此不能直接用perror(3)打印错误信息，可以先用strerror(3)把错误码转换成错误信息再打印。•如果任意一个线程调用了exit或_exit，则整个进程的所有线程都终止，从main函数return也相当于调用exit。15终止线程•从线程函数return。这种方法对主线程不适用，从main函数return相当于调用exit。•一个线程可以调用pthread_cancel终止同一进程中的另一个线程。•线程可以调用pthread_exit终止自己。16线程退出#includepthread.hvoidpthread_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。注意，pthread_exit或者return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者是用malloc分配的，不能在线程函数的栈上分配，因为当其它线程得到这个返回指针时线程函数已经退出了17pthread_cancel#includepthread.hintpthread_cancel(pthread_tid)返回值:若成功返回0,否则返回错误编号pthread_cancel并不等待线程终止,它仅仅提出请求18等待线程退出#includepthread.hintpthread_join(pthread_tth，void**value_ptr)th：等待线程的标识符value_ptr：用户定义指针，用来存储被等待线程的返回值,调用该函数的线程将挂起等待，直到id为thread的线程终止。19等待线程退出thread线程以不同的方法终止，通过pthread_join得到的终止状态是不同的，总结如下：•如果thread线程通过return返回，value_ptr所指向的单元里存放的是thread线程函数的返回值。•如果thread线程被别的线程调用pthread_cancel异常终止掉，value_ptr所指向的单元里存放的是常数PTHREAD_CANCELED。#definePTHREAD_CANCELED((void*)-1)•如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的，value_ptr所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数。•如果对thread线程的终止状态不感兴趣，可以传NULL给value_ptr参数。20例子•pthread_exit.c•一般情况下，线程终止后，其终止状态一直保留到其它线程调用pthread_join获取它的状态为止。•但是线程也可以被置为detach状态，这样的线程一旦终止就立刻回收它占用的所有资源，而不保留终止状态。•不能对一个已经处于detach状态的线程调用pthread_join，这样的调用将返回EINVAL。•对一个尚未detach的线程调用pthread_join或pthread_detach都可以把该线程置为detach状态，也就是说，不能对同一线程调用两次pthread_join，或者如果已经对一个线程调用了pthread_detach就不能再调用pthread_join了。21pthread_detach#includepthread.hintpthread_detach(pthread_ttid);返回值：成功返回0，失败返回错误号。22线程间同步23访问冲突先分析counter.c程序•多个线程同时访问共享数据时可能会冲突，这跟信号时所说的可重入性是同样的问题。24访问冲突•对于多线程的程序，访问冲突的问题是很普遍的，解决的办法是引入互斥锁（Mutex，MutualExclusiveLock），获得锁的线程可以完成“读-修改-写”的操作，然后释放锁给其它线程，没有获得锁的线程只能等待而不能访问共享数据，这样“读-修改-写”三步操作组成一个原子操作，要么都执行，要么都不执行，不会执行到中间被打断，也不会在其它处理器上并行做这个操作。25互斥锁•互斥锁的操作主要包括以下几个步骤：互斥锁初始化：pthread_mutex_init互斥锁上锁：pthread_mutex_lock互斥锁判断上锁：pthread_mutex_trylock互斥锁解锁：pthread_mutex_unlock消除互斥锁：pthread_mutex_destroy26Mutex的初始化和销毁•mutex用pthread_mutex_t类型的变量表示，可以这样初始化和销毁：#includepthread.hintpthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t*mutex);intpthread_mutex_init(pthread_mutex_t*restrictmutex,constpthread_mutexattr_t*restrictattr);pthread_mutex_tmutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;返回值：成功返回0，失败返回错误号27mutex的初始化和销毁pthread_mutex_init函数对mutex做初始化，参数attr设定Mutex的属性，如果attr为NULL则表示缺省属性。用pthread_mutex_init函数初始化的mutex可以用pthread_mutex_destroy销毁。如果Mutex变量是静态分配的（全局变量或static变量），也可以用宏定义PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER来初始化，相当于用pthread_mutex_init初始化并且attr参数为NULL。28Mutex的加锁与解锁#includepthread.hintpthread_mutex_lock(pthread_mutex_t*mutex);intpthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t*mutex);intpthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t*mutex);返回值：成功返回0，失败返回错误号。29Mutex的加锁与解锁•一个线程可以调用pthread_mutex_lock获得Mutex，如果这时另一个线程已经调用pthread_mutex_lock获得了该Mutex，则当前线程需要挂起等待，直到另一个线程调用pthread_mutex_unlock释放Mutex，当前线程被唤醒，才能获得该Mutex并继续执行。•如果一个线程既想获得锁，又不想挂起等待，可以调用pthread_mutex_trylock，如果Mutex已经被另一个线程获得，这个函数会失败返回EBUSY，而不会使线程挂起等待。30例子•mutex.c31分析mutex的实现lock:if(mutex0){mutex=0;return0;}else挂起等待;gotolock;unlock:mutex=1;唤醒等待Mutex的线程;return0;32死锁•如果同一个线程先后两次调用lock，在第二次调用时，由于锁已经被占用，该线程会挂起等待别的线程释放锁，然而锁正是被自己占用着的，该线程又被挂起而没有机会释放锁，因此就永远处于挂起等待状态了。33避免死锁的原则•如果所有线程在需要多个锁时都按相同的先后顺序（常见的是按Mutex变量的地址顺序）获得锁，则不会出现死锁。比如一个程序中用到锁1、锁2、锁3，它们所对应的Mutex变量的地址是锁1锁2锁3，那么所有线程在需要同时获得2个或3个锁时都应该按锁1、锁2、锁3的顺序获得。•如果要为所有的锁确定一个先后顺序比较困难，则应该尽量使用pthread_mutex_trylock调用代替pthread_mutex_lock调用，以免死锁。34ConditionVariable•线程间的同步的另外一种情况:线程A需要等某个条件成立才能继续往下执行，现在这个条件不成立，线程A就阻塞等待，而线程B在执行过程中使这个条件成立了，就唤醒线程A继