多核程序设计Linux多线程编程

Linux多线程编程IEEEPOSIX标准p1003.1c(Pthreads)定义了处理线程的一系列C语言类型的API。在Linux中，线程一般被认为是“轻量级的进程”。Linux创建进程所使用的函数是fork()或者vfork()。而对线程的创建和管理Linux可以使用POSIX的线程库pthreads提供的APIs。使用fork()创建进程和使用POSIX线程库差别:•使用fork()创建进程的特点：代价昂贵，通常子进程需要拷贝父进程的整个上下文，比如数据等。进程间的通信方式比较复杂，比如使用管道、消息、共享内存等方法。操作系统在实现进程间的切换比线程切换更费时。•使用POSIXpthreads库创建线程的特点：线程可使用存在于进程中的资源。线程间的通信方式更容易，比如通过进程中的变量，可以让多个线程共享数据。操作系统对线程的切换比对进程的切换更容易和快速。Linux多线程编程线程的创建•pthreads线程库中提供的创建线程的函数是pthread_create()#includepthread.hintpthread_create(pthread_t*thread,pthread_attr_t*attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg);线程的退出•在线程的处理函数中，可以显示的调用pthread_exit()结束线程执行，也可以不调用pthread_exit()，而只是让线程处理程序返回。voidpthread_exit(void*retval);•除了pthread_exit()函数，可以让当前调用pthread_exit()的线程显示地退出外，线程也可以使用pthread_cancel()函数终止其他线程的执行。intpthread_cancel(pthread_tthread);等待线程结束•pthread_join()函数会挂起创建线程的线程的执行，直到等待到想要等待的子线程。intpthread_join(pthread_tth,void**thread_return);线程的分离•主线程创建子线程，且子线程本身自己有自我回收内存资源的能力。intpthread_detach(pthread_tth);获得当前线程标志•使用pthread_self()函数可以获得当前线程的标志，pthread_self()的返回值就是当前线程的标志。pthread_tpthread_self(void);线程互斥和同步——Mutex原子性。对mutex的加锁和解锁操作是原子的，一个线程进行mutex操作的过程中，其他线程不能对同一个mutex进行其他操作。单一性。拥有mutex的线程除非释放mutex，否则其他线程不能拥有此mutex。非忙等待。等待mutex的线程处于等待状态，直到要等待的mutex处于未加锁状态，这时操作系统负责唤醒等待此mutex的线程。在POSIX线程库当中，存在三种类型的mutex•快速（fast）mutex一个线程锁定了mutex，其他线程想要获得此mutex时，必须等待mutex处于未锁定状态•递归(recursive)mutex已经拥有此mutex的线程可执行多次加锁操作，且不必等待mutex处于未加锁状态，但是对于其他线程，要想获得此mutex，必须等待此mutex处于未锁定状态•错误检测(errorchecking)mutex当一个错误检测mutex已经被一个线程锁定时，其他线程想要锁定这个mutex，则锁定函数pthread_mutex_lock()函数将返回edeadlk值POSIX线程库对mutex提供了以下函数进行操作：intpthread_mutex_init(pthread_mutex_t*mutex,constpthread_mutexattr_t*mutexattr);intpthread_mutex_lock(pthread_mutex_t*mutex);intpthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t*mutex);intpthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t*mutex);intpthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t*mutex);初始化mutexpthread_mutex_tfastmutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_trecmutex=PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NPpthread_mutex_terrchkmutex=PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP;线程使用mutex的简单代码如下：pthread_mutex_tmylock;mylock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_lock(&mylock);/*………….*/pthread_mutex_unlock(&mylock);条件变量条件变量是线程的同步设备，在线程间使用条件变量可以使一个线程在执行过程中，因满足某个条件而发出信号通知另一个线程，而另一个线程可以处于挂起状态，等待某个条件满足后，才继续执行，相关操作如下（条件变量必须和mutex一起使用来避免竞争情况）：pthread_cond_tcond=PTHREAD_COND_INITIALIZER;intpthread_cond_init(pthread_cond_t*cond,pthread_condattr_t*cond_attr);intpthread_cond_signal(pthread_cond_t*cond);intpthread_cond_broadcast(pthread_cond_t*cond);intpthread_cond_wait(pthread_cond_t*cond,pthread_mutex_t*mutex);intpthread_cond_timedwait(pthread_cond_t*cond,pthread_mutex_t*mutex,conststructtimespec*abstime);intpthread_cond_destroy(pthread_cond_t*cond);线程的撤销一个线程可以通过向另一个线程发送请求来结束另一个线程的执行，当一个线程响应了撤销请求，就相当于执行了pthread_exit（pthread_canceled）操作，许多POSIX线程库函数都是撤销点。POSIXpthreads库中关于撤销操作的函数有：•intpthread_setcancelstate(intstate,int*oldstate);PTHREAD_CANCEL_ENABLE接受线程撤销请求PTHREAD_CANCEL_DISABLE不接受线程撤销请求•intpthread_setcanceltype(inttype,int*oldtype);改变响应撤销请求的类型•voidpthread_testcancel(void);测试未决的撤销并且执行它，目的是在代码中显式地检测撤销请求清理实例程序在撤销线程的时候，可以编写程序让线程进一步进行所谓的清理工作，例如,如果已经拥有了某个mutex，在清理例程中可以释放这个mutex。voidmy_cleanup(void*arg){pthread_mutex_unlock((pthread_mutex_t*)arg);printf(callmycleanup!\n);}