linux线程控制

[摘至linux C编程实战]

线程控制

1.线程与进程的关系

线程是计算机中独立运行的最小单位，运行时占用很少的系统资源。可以把线程看成是操作系统分配CPU时间的基本单元。一个进程可以拥有一个至多个线程。它包含有如下优点：

1）多进程情况下，每个进程有自己独立的地址空间，而在多线程的情况下，同一个进程内的线程共享进程的地址空间。创建一个新的线程耗费的资源要少很多。

2）系统调度方面，线程共享地址空间，因此线程间的切换速度要远远快于进程间的切换速度。

3）同一进程内的线程共享数据时，可以直接提供给其他线程使用，而不必经过操作系统，因此线程间通信更加方便和省时。

线程在进程内部共享地址空间、打开的文件描述符等资源。同时线程也有其私有的数据信息，包括：线程号、寄存器（程序计数器和堆栈指针）、堆栈、信号掩码、优先级、线程私有存储空间。

2.创建线程

linux系统支持POSIX多线程接口，称为pthread。编写linux下的多线程程序，需要包含头文件pthread.h，链接时需要使用库libpthread.a

如果在主线程里面创建线程，程序就会在创建线程的地方产生分支，变成两个部分执行。线程的创建通过函数pthread_create来完成。成功返回0

int pthread_create(pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr,

                                  void *(*start_routine)(void *), void *arg);

thread: 参数是一个指针，当线程成功创建时，返回创建线程ID。

attr: 用于指定线程的属性

start_routine: 该参数是一个函数指针，指向线程创建后要调用的函数。

arg: 传递给线程函数的参数。

例子：

 1#include <stdio.h>
 2#include <stdlib.h>
 3#include <unistd.h>
 4#include <pthread.h>
 5
 6int* thread(void *arg)
 7{
 8    pthread_t newthid;
 9    newthid = pthread_self();
10    printf("this is a new thread, thread ID=%u\n", newthid);
11    return NULL;
12}
13
14int main(void)
15{
16    pthread_t thid;
17    printf("main thread, ID is %u\n", pthread_self());
18    if(pthread_create(&thid, NULL, (void *)thread, NULL)!=0)
19    {
20        printf("thread creation failed\n");
21        exit(1);
22    }
23    sleep(1);
24    exit(0);
25}

3.线程终止

两种方式终止线程。第一通过return从线程函数返回，第二种通过调用pthread_exit()函数使线程退出。需要注意的地方：一是，主线程中如果从main函数返回或是调用了exit函数退出主线程，则整个进程终止，此时所有的其他线程也将终止。另一种是，如果主线程调用pthread_exit函数，则仅仅是主线程消亡，进程不会结束，其他线程也不会结束，知道所有的线程都结束时，进程才结束。

4.线程私有数据

进程内的所有线程共享进程的数据空间，因此全局变量为所有线程所共有。但有时线程也需要保存自己的私有数据，这时可以创建线程私有数据（Thread-specific Date）TSD来解决。在线程内部，私有数据可以被各个函数访问，但对其他线程是屏蔽的。

线程私有数据采用了一键多值的技术，即一个键对应多个数值，访问数据时好像是对同一个变量进行访问，但其实是在访问不同的数据。

创建私有数据的函数有4个：pthread_key_create(创建), pthread_setspecific(设置), pthread_getspecific(获取), pthread_key_delete(删除)。

5.线程同步

线程的最大特点是资源的共享性，但资源共享中的同步问题是多线程编程的难点。linux下提供了多种方式来处理线程同步，最常用的是互斥锁、条件变量和异步信号。

1）互斥锁（mutex）通过锁机制实现线程间的同步。同一时刻只允许一个线程执行一个关键部分的代码。

2）条件变量（cond）是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制。

3）异步信号，如同进程一样，线程也可以通过信号量来实现通信，虽然是轻量级的。