Linux操作系统下的多线程编程详细解析.docx
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Linux操作系统下的多线程编程详细解析
Linux操作系统下的多线程编程详细解析
（1）
线程（thread）技术早在60年代就被提出，但真正应用多线程到操作系统中去，是在80年代中期，solaris是这方面的佼佼者。
传统的Unix也支持线程的概念，但是在一个进程（process）中只允许有一个线程，这样多线程就意味着多进程。
现在，多线程技术已经被许多操作系统所支持，包括Windows/NT，当然，也包括Linux。
为什么有了进程的概念后，还要再引入线程呢？
使用多线程到底有哪些好处？
什么的系统应该选用多线程？
我们首先必须回答这些问题。
使用多线程的理由之一是和进程相比，它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。
我们知道，在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，当然，在具体的系统上，这个数据可能会有较大的区别。
使用多线程的理由之二是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。
除了以上所说的优点外，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。
下面我们先来尝试编写一个简单的多线程程序。
简单的多线程编程
Linux系统下的多线程遵循POSIX线程接口，称为pthread。
编写Linux下的多线程程序，需要使用头文件pthread.h，连接时需要使用库libpthread.a。
顺便说一下，Linux下pthread的实现是通过系统调用clone（）来实现的。
clone（）是Linux所特有的系统调用，它的使用方式类似fork，关于clone（）的详细情况，有兴趣的读者可以去查看有关文档说明。
下面我们展示一个最简单的多线程程序pthread_create.c。
一个重要的线程创建函数原型：
#include
intpthread_create（pthread_t*restricttidp,constpthread_attr_t*restrictattr,void*（*start_rtn）（void）,void*restrictarg）;
返回值：
若是成功建立线程返回0,否则返回错误的编号
形式参数：
pthread_t*restricttidp要创建的线程的线程id指针
constpthread_attr_t*restrictattr创建线程时的线程属性
void*（start_rtn）（void）返回值是void类型的指针函数
void*restrictarg start_rtn的行参
例程1：
功能：
创建一个简单的线程
程序名称：
pthread_create.c
/********************************************************************************************
** Name:
pthread_create.c
** UsedtostudythemultithreadprogramminginLinuxOS
** Author:
zeickey
** Date:
2006/9/16
** Copyright（c）2006,AllRightsReserved!
*********************************************************************************************/
#include
#include
void*myThread1（void）
{
inti;
for（i=0;i<100;i++）
{
printf（"Thisisthe1stpthread,createdbyzieckey.\n"）;
sleep
（1）;//Letthisthreadtosleep1second,andthencontinuetorun
}
}
void*myThread2（void）
{
inti;
for（i=0;i<100;i++）
{
printf（"Thisisthe2stpthread,createdbyzieckey.\n"）;
sleep
（1）;
}
}
intmain（）
{
inti=0,ret=0;
pthread_tid1,id2;
ret=pthread_create（&id2,NULL,（void*）myThread1,NULL）;
if（ret）
{
printf（"Createpthreaderror!
\n"）;
return1;
}
ret=pthread_create（&id2,NULL,（void*）myThread2,NULL）;
if（ret）
{
printf（"Createpthreaderror!
\n"）;
return1;
}
pthread_join（id1,NULL）;
pthread_join（id2,NULL）;
return0;
}
我们编译此程序：
#gccpthread_create.c-lpthread
因为pthread的库不是linux系统的库，所以在进行编译的时候要加上-lpthread，否则编译不过，会出现下面错误
thread_test.c:
在函数‘create’中：
thread_test.c:
7:
警告：
在有返回值的函数中，程序流程到达函数尾
/tmp/ccOBJmuD.o:
Infunction`main':
thread_test.c:
（.text+0x4f）：
对‘pthread_create’未定义的引用
collect2:
ld返回1
运行，我们得到如下结果：
#./a.out
Thisisthe1stpthread,createdbyzieckey.
Thisisthe2stpthread,createdbyzieckey.
Thisisthe1stpthread,createdbyzieckey.
Thisisthe2stpthread,createdbyzieckey.
Thisisthe2stpthread,createdbyzieckey.
Thisisthe1stpthread,createdbyzieckey.
....
两个线程交替执行。
此例子介绍了创建线程的方法。
下面例子介绍向线程传递参数。
例程2：
功能：
向新的线程传递整形值
程序名称：
pthread_int.c
/********************************************************************************************
** Name:
pthread_int.c
** UsedtostudythemultithreadprogramminginLinuxOS
** Passaparametertothethread.
** Author:
zeickey
** Date:
2006/9/16
** Copyright（c）2006,AllRightsReserved!
*********************************************************************************************/
#include
#include
#include
void*create（void*arg）
{
int*num;
num=（int*）arg;
printf（"createparameteris%d\n",*num）;
return（void*）0;
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
pthread_ttidp;
interror;
inttest=4;
int*attr=&test;
error=pthread_create（&tidp,NULL,create,（void*）attr）;
if（error）
{
printf（"pthread_createiscreatedisnotcreated...\n"）;
return-1;
}
sleep
（1）;
printf（"pthread_createiscreated...\n"）;
return0;
}
编译方法：
gcc-lpthreadpthread_int.c-Wall
执行结果：
createparameteris4
pthread_createiscreatedis created...
例程总结：
可以看出来，我们在main函数中传递的整行指针，传递到我们新建的线程函数中。
在上面的例子可以看出来我们向新的线程传入了另一个线程的int数据，线程之间还可以传递字符串或是更复杂的数据结构。
例程3：
程序功能：
向新建的线程传递字符串
程序名称：
pthread_string.c
/********************************************************************************************
** Name:
pthread_string.c
** UsedtostudythemultithreadprogramminginLinuxOS
** Passa‘char*‘parametertothethread.
** Author:
zeickey
** Date:
2006/9/16
** Copyright（c）2006,AllRightsReserved!
*********************************************************************************************/
#include
#include
#include
void*create（void*arg）
{
char*name;
name=（char*）arg;
printf（"Theparameterpassedfrommainfunctionis%s \n",name）;
return（void*）0;
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
char*a="zieckey";
interror;
pthread_ttidp;
error=pthread_create（&tidp,NULL,create,（void*）a）;
if（error!
=0）
{
printf（"pthreadisnotcreated.\n"）;
return-1;
}
sleep
（1）;
printf（"pthreadiscreated...\n"）;
return0;
}
编译方法：
gcc-Wallpthread_string.c-lpthread
执行结果：
Theparameterpassedfrommainfunctioniszieckey
pthreadiscreated...
例程总结：
可以看出来main函数中的字符串传入了新建的线程中。
例程4：
程序功能：
向新建的线程传递字符串
程序名称：
pthread_struct.c
/********************************************************************************************
** Name:
pthread_struct.c
** UsedtostudythemultithreadprogramminginLinuxOS
** Passa‘char*‘parametertothethread.
** Author:
zeickey
** Date:
2006/9/16
** Copyright（c）2006,AllRightsReserved!
*********************************************************************************************/
#include
#include
#include
#include
structmenber
{
inta;
char*s;
};
void*create（void*arg）
{
structmenber*temp;
temp=（structmenber*）arg;
printf（"menber->a=%d \n",temp->a）;
printf（"menber->s=%s \n",temp->s）;
return（void*）0;
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
pthread_ttidp;
interror;
structmenber*b;
b=（structmenber*）malloc（sizeof（structmenber））;
b->a=4;
b->s="zieckey";
error=pthread_create（&tidp,NULL,create,（void*）b）;
if（error）
{
printf（"phreadisnotcreated...\n"）;
return-1;
}
sleep
（1）;
printf（"pthreadiscreated...\n"）;
return0;
}
编译方法：
gcc-Wallpthread_struct.c-lpthread
执行结果：
menber->a=4
menber->s=zieckey
pthreadiscreated...
例程总结：
可以看出来main函数中的一个结构体传入了新建的线程中。
线程包含了标识进程内执行环境必须的信息。
他集成了进程中的所有信息都是对线程进行共享的，包括文本程序、程序的全局内存和堆内存、栈以及文件描述符。
例程5：
程序目的：
验证新建立的线程可以共享进程中的数据
程序名称：
pthread_share.c
/********************************************************************************************
** Name:
pthread_share_data.c
** UsedtostudythemultithreadprogramminginLinuxOS
** Passa‘char*‘parametertothethread.
** Author:
zeickey
** Date:
2006/9/16
** Copyright（c）2006,AllRightsReserved!
*********************************************************************************************/
#include
#include
#include
staticinta=4;
void*create（void*arg）
{
printf（"newpthread...\n"）;
printf（"a=%d \n",a）;
return（void*）0;
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
pthread_ttidp;
interror;
a=5;
error=pthread_create（&tidp,NULL,create,NULL）;
if（error!
=0）
{
printf（"newthreadisnotcreate...\n"）;
return-1;
}
sleep
（1）;
printf（"newthreadiscreated...\n"）;
return0;
}
编译方法：
gcc-Wallpthread_share_data.c-lpthread
执行结果：
newpthread...
a=5
newthreadiscreated...
例程总结：
可以看出来，我们在主线程更改了我们的全局变量a的值的时候，我们新建立的线程则打印出来了改变的值，可以看出可以访问线程所在进程中的数据信息。
Linux操作系统下的多线程编程详细解析
（2）
2、线程的终止
如果进程中任何一个线程中调用exit，_Exit,或者是_exit，那么整个进程就会终止，
与此类似，如果信号的默认的动作是终止进程，那么，把该信号发送到线程会终止进程。
线程的正常退出的方式：
（1）线程只是从启动例程中返回，返回值是线程中的退出码
（2）线程可以被另一个进程进行终止
（3）线程自己调用pthread_exit函数
两个重要的函数原型：
#include
voidpthread_exit（void*rval_ptr）;
/*rval_ptr线程退出返回的指针*/
intpthread_join（pthread_tthread,void**rval_ptr）;
/*成功结束进程为0,否则为错误编码*/
例程6
程序目的：
线程正常退出，接受线程退出的返回码
程序名称：
pthread_exit.c
/********************************************************************************************
** Name:
pthread_exit.c
** UsedtostudythemultithreadprogramminginLinuxOS
** Aexampleshowingathreadtoexitandwithareturncode.
** Author:
zeickey
** Date:
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