多核软件开发技术第五讲 Linux多线程编程及调优

多核软件开发技术第五讲：Linux多线程编程及调优北京大学二零零八年春季*致谢：感谢Intel对本课程项目的资助本讲主要内容•POSIX线程库Pthreads介绍•POSIXpthreads库提供的基本线程的操作•线程的属性•线程互斥和同步•使用GDB调试线程以及线程的调优POSIX线程库Pthreads介绍•使用fork()创建进程–代价昂贵–进程间通信方式较复杂–操作系统在实现进程间的切换比线程切换更费时•使用pthreads库创建线程–创建进程比创建线程更快–线程间的通信方式更容–操作系统对线程的切换比对进程的切换更容易和快速POSIXpthreads库提供的基本线程的操作线程的创建#includepthread.hintpthread_create(pthread_t*thread,pthread_attr_t*attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg);线程的退出•显示的调用pthread_exit()结束线程执行–voidpthread_exit(void*retval);•让线程处理程序返回•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•使用pthread_join()函数等待被创建的线程结束•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•函数原型：intpthread_join(pthread_tth,void**thread_return);线程的分离•主线程可以不断地创建子线程•子线程本身自己有自我回收内存资源的能力•函数原型：–intpthread_detach(pthread_tth);•pthread_detach()和pthread_join()一般情况下不能同时使用线程的属性属性名意义detachstate选择被创建的线程是处于可加入的状态还是分离状态schedpolicy为被创建的线程选择调度策略。schedparam为被创建的线程选择调度参数。inheritsched选择对新创建的线程的调度策略和调度参数是否被schedpolicy和schedparam属性决定或者是通过父线程继承而得到的scope为选择被创建的线程调度竞争范围。线程互斥和同步mutex•Mutex：互斥设备(MUTualExclusiondevice)•mutex有如下特性：–原子性：对mutex的加锁和解锁操作是原子的–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线程库中，存在三中类型的mutex：–快速(fast)mutex–递归(recursive)mutex–错误检测(errorchecking)mutex。POSIX线程库中与mutex相关函数•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);条件变量•可以使得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，等待某个条件的满足后，才继续执行•条件变量必须和mutex一起使用来避免竞争条件变量相关的操作函数•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•intpthread_setcancelstate(intstate,int*oldstate)•intpthread_setcanceltype(inttype,int*oldtype)•voidpthread_testcancel(void);POSIX信号量•用POSIX信号量可实现传统P、V操作•intsem_init(sem_t*sem,intpshared,unsignedintvalue);•intsem_wait(sem_t*sem);•intsem_trywait(sem_t*sem);•intsem_post(sem_t*sem);•intsem_getvalue(sem_t*sem,int*sval);•intsem_destroy(sem_t*sem);线程和信号处理•#includesignal.h•intpthread_sigmask(inthow,constsigset_t*newmask,sigset_t*oldmask);•intpthread_kill(pthread_tthread,intsigno);•intsigwait(constsigset_t*set,int*sig);使用GDB调试线程以及线程的调优•GDB是一个功能强大、运行稳定的程序调试工具•GDB不仅可以调试单进程程序，也可以调试多进程、多线程程序使用GDB调试线程以及线程的调优•在使用GDB调试程序之前，可执行程序编译选项应该加上-g•可以使用命令b或者break来设置断点•输入命令l或者list可以查看源代码•输入命令r或者run，程序开始运行•单步执行，可以输入命令n或者next•使用infothread来查看当前系统中的线程信息•通过thread命令可以切换线程