linux多线程编程.docx
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linux多线程编程
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本文是网上整理的资料，版权属其作者本人所有。
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1
第一章线程基础知识2
一．什么是线程2
二．线程的优点2
三．线程的缺点2
四．线程的结构2
五．线程标识2
六．线程的创建3
七．.线程的终止4
八、一次性初始化8
九、线程的私有数据9
第二章线程高级知识11
一．线程属性11
二、线程的分离状态12
三、线程的继承性13
四、线程的调度策略13
五、线程的调度参数14
六、线程的作用域16
七、线程堆栈的大小17
八、线程堆栈的地址18
九、线程栈末尾的警戒缓冲区大小18
第三章Posix有名信号灯19
一、posix有名信号灯函数19
二、关于posix有名信号灯使用的几点注意24
三、posix有名信号灯应用于多线程25
四、posix有名信号灯应用于多进程27
五、基于内存的信号灯29
第四章互斥量39
一、什么是互斥锁39
二、初始化/回收互斥锁40
三、对互斥量加减锁40
四、互斥锁属性45
五、应用互斥量需要注意的几点48
第五章条件变量48
一、什么是条件变量48
二、条件变量函数48
三、条件变量属性54
四、条件变量与互斥锁、信号量的区别55
第六章共享内存56
一、什么是共享内存区56
二、mmap56
三、posix共享内存函数60
四、ftruncate和fstat函数62
五、共享内存区的写入和读出64
六、程序例子65
第一章线程基础知识
一．什么是线程
在一个程序里的多个执行路线就叫做线程。
更准确的定义是：
线程是“一个进程内部的一个控制序列”。
典型的unix进程可以看成只有一个控制线程：
一个进程在同一时刻只做一件事情。
有了多个控制线程以后，在程序设计时可以把进程设计成在同一时刻能够做不止一件事，每个线程处理各只独立的任务。
二．线程的优点
（1） 通过为每种事件类型的处理分配单独的线程，能够简化处理异步时间的代码。
（2） 多个线程可以自动共享相同的存储地址空间和文件描述符。
（3） 有些问题可以通过将其分解从而改善整个程序的吞吐量。
（4） 交互的程序可以通过使用多线程实现相应时间的改善，多线程可以把程序中处理用户输入输出的部分与其它部分分开。
三．线程的缺点
线程也有不足之处。
编写多线程程序需要更全面更深入的思考。
在一个多线程程序里，因时间分配上的细微偏差或者因共享了不该共享的变量而造成不良影响的可能性是很大的。
调试一个多线程程序也比调试一个单线程程序困难得多。
四．线程的结构
线程包含了表示进程内执行环境必需的信息，其中包括进程中标识线程的线程ID，一组寄存器值、栈、调度优先级和策略、信号屏蔽子，errno变量以及线程私有数据。
进程的所有信息对该进程的所有线程都是共享的，包括可执行的程序文本，程序的全局内存和堆内存、栈以及文件描述符。
五．线程标识
就像每个进程有一个进程ID一样，每个线程也有一个线程ID，进程ID在整个系统中是唯一的，但线程不同，线程ID只在它所属的进程环境中有效。
线程ID用pthread_t数据类型来表示，实现的时候可以用一个结构来代表pthread_t数据类型，所以可以移植的操作系统不能把它作为整数处理。
因此必须使用函数来对来对两个线程ID进行比较。
1．
名称:
：
pthread_equal
功能：
比较两个线程ID
头文件：
#include
函数原形：
intpthread_equal（pthread_ttid1,pthread_ttid2）;
参数：
tid1 进程1id
tid2 进程2id
返回值：
若相等返回非0值，否则返回0
2．
名称:
：
pthread_self
功能：
获取自身线程的id
头文件：
#include
函数原形：
pthread_tpthread_self（void）;
参数：
无
返回值：
调用线程的线程id
六．线程的创建
3．
名称:
：
pthread_create
功能：
创建线程
头文件：
#include
函数原形：
intpthread_create（pthread_t*restricttidp,constpthread_attr_t*restrictattr,void*（*start_rtn）（void）,void*restrictarg）;
参数：
返回值：
若成功返回则返回0，否则返回错误编号
当pthread_creat成功返回时， tidp指向的内存单元被设置为新创建线程的线程ID。
attr参数用于定制各种不同的线程属性。
可以把它设置为NULL，创建默认的线程属性。
新创建的线程从start_rtn函数的地址开始运行，该函数只有一个无类型指针参数arg,如果需要向start_rtn函数传递的参数不止一个，那么需要把这些参数放到一个结构中，然后把这个结构的地址作为arg参数传入。
#include
voidprintids（constchar*s）
{
printf（“%spid:
%u tid:
%u\n“,s,getpid（）,pthread_self（））;
}
void*thr_fn（void*arg）
{
printids（“newthread:
“）;
}
intmain（）
{
interr;
pthread_ttid;
err=pthread_create（&tid,NULL,thr_fn,NULL）;
if（err=0）
printf（“can’tcreatethread:
%s\n”,strerror（err））;
printids（“mainthread:
“）;
sleep
（1）;
exit（0）;
}
关于进程的编译我们都要加上参数 –lpthread 否则提示找不到函数的错误。
具体编译方法是 cc–lpthread–ogettidgettid.c
运行结果为
mainthread:
pid14954tid134529024
newthread:
pid14954tid134530048
七．.线程的终止
线程是依进程而存在的，当进程终止时，线程也就终止了。
当然也有在不终止整个进程的情况下停止它的控制流。
（1）线程只是从启动例程中返回，返回值是线程的退出码。
（2）县城可以被同一进程中的其他线程取消。
（3）线程调用pthread_exit.
4．
名称:
：
pthread_exit
功能：
终止一个线程
头文件：
#include
函数原形：
voidpthread_exit（void*rval_ptr）;
参数：
返回值：
无
rval_prt是一个无类型指针，与传给启动例程的单个参数类似。
进程中的其他线程可以调用pthread_join函数访问到这个指针。
5．
名称:
：
pthread_join
功能：
获得进程的终止状态
头文件：
#include
函数原形：
intpthread_join（pthread_tthread,void**rval_ptr）;
参数：
返回值：
若成功返回0，否则返回错误编号。
当一个线程通过调用pthread_exit退出或者简单地从启动历程中返回时，进程中的其他线程可以通过调用pthread_join函数获得进程的退出状态。
调用pthread_join进程将一直阻塞，直到指定的线程调用pthread_exit,从启动例程中或者被取消。
如果线程只是从它的启动历程返回，rval_ptr将包含返回码。
#include
#include
void*thr_fn1（void*arg）
{
printf（“thread1returning\n”）;
return（（void*）1）;
}
void*thr_fn2（void*arg）
{
printf（“thread2exiting\n”）;
return（（void*）2）;
}
intmain（）
{
pthread_ttid1,tid2;
void*tret;
pthread_create（&tid1,NULL,thr_fn1,NULL）;
pthread_create（&tid2,NULL,thr_fn2,NULL）;
pthread_join（tid1,&tret）;
printf（“thread1exitcode%d\n”,（int）tret）;
pthread_join（tid2,&tret）;
printf（“thread2exitcode%d\n”,（int）tret）;
exit（0）;
}
运行结果是：
thread1returning
thread2exiting
thread1exitcode1
thread2exitcode2
6．
名称:
：
pthread_detach
功能：
使线程进入分离状态。
头文件：
#include
函数原形：
intpthread_detach（pthread_ttid）;
参数：
返回值：
若成功则返回0，否则返回错误编号。
在默认情况下，线程的终止状态会保存到对该线程调用pthread_join,如果线程已经处于分离状态，线程的底层存储资源可以在线程终止时立即被收回。
当线程被分离时，并不能用pthread_join函数等待它的终止状态。
对分离状态的线程进行pthread_join的调用会产生失败，返回EINVAL.pthread_detach调用可以用于使线程进入分离状态。
7．
名称:
：
pthread_cancel
功能：
取消同一进程中的其他线程
头文件：
#include
函数原形：
intpthread_cancel（pthread_ttid）;
参数：
tid 线程id
返回值：
若成功返回0，否则返回错误编号。
在默认的情况下，pthread_cancel函数会使由tid标识的线程的行为表现为如同调用了参数为PTHEAD_CANCELED的pthread_exit函数，但是，线程可以选择忽略取消方式和控制取消方式。
pthread_cancel并不等待线程终止，它仅仅提出请求。
8．
名称:
：
pthread_cancel_push/pthread_cancel_push_pop
功能：
线程清理处理程序
头文件：
#include
函数原形：
voidpthread_cancel_push（void（*rtn）（void*），void*arg）;
voidpthread_cancel_pop（intexecute）;
参数：
rtn 处理程序入口地址
arg 传递给处理函数的参数
返回值：
无
线程可以安排它退出时需要调用的函数，这样的函数称为线程清理处理程序，线程可以建立多个清理处理程序。
处理程序记录在栈中，也就是说它们的执行顺序与它们注册时的顺序相反。
要注意的是如果线程是通过从他的启动例程中返回而终止的，它的处理程序就不会调用。
还要注意清理处理程序是按照与它们安装时相反的顺序调用的。
#include
#include
voidcleanup（void*arg）
{
printf（“cleanup:
%s\n”,（char*）arg）;
}
void*thr_fn（void*arg）/*线程入口地址*/
{
printf（“threadstart\n”）;
pthread_cleanup_push（cleanup,”threadfirsthandler”）;/*设置第一个线程处理程序*/
pthread_cleanup_push（cleanup,”thread secondhandler”）;/*设置第二个线程处理程序*/
printf（“threadpushcomplete\n”）;
pthread_cleanup_pop（0）;/*取消第一个线程处理程序*/
pthread_cleanup_pop（0）;/*取消第二个线程处理程序*/
}
intmain（）
{
pthread_ttid;
void*tret;
pthread_creat（&tid,NULL,thr_fn,（void*）1）;/*创建一个线程*/
pthread_join（tid,&tret）;/*获得线程终止状态*/
ptinrf（“threadexitcode%d\n”,（int）tret）;
}
八、一次性初始化
有时候我们需要对一些posix变量只进行一次初始化，如线程键（我下面会讲到）。
如果我们进行多次初始化程序就会出现错误。
在传统的顺序编程中，一次性初始化经常通过使用布尔变量来管理。
控制变量被静态初始化为0，而任何依赖于初始化的代码都能测试该变量。
如果变量值仍然为0，则它能实行初始化，然后将变量置为1。
以后检查的代码将跳过初始化。
但是在多线程程序设计中，事情就变的复杂的多。
如果多个线程并发地执行初始化序列代码，2个线程可能发现控制变量为0，并且都实行初始化，而该过程本该仅仅执行一次。
初始化的状态必须由互斥量保护。
如果我们需要对一个posix变量静态的初始化，可使用的方法是用一个互斥量对该变量的初始话进行控制。
但有时候我们需要对该变量进行动态初始化，pthread_once就会方便的多。
9.
名称:
pthread_once
功能：
一次性初始化
头文件：
#include
函数原形：
pthread_once_tonce_control=PTHREAD_ONCE_INIT;
intpthread_once（pthread_once_t*once_control,void（*init_routine）（void））;
参数：
once_control 控制变量
init_routine 初始化函数
返回值：
若成功返回0，若失败返回错误编号。
类型为pthread_once_t的变量是一个控制变量。
控制变量必须使用PTHREAD_ONCE_INIT宏静态地初始化。
pthread_once函数首先检查控制变量，判断是否已经完成初始化，如果完成就简单地返回；否则，pthread_once调用初始化函数，并且记录下初始化被完成。
如果在一个线程初始时，另外的线程调用pthread_once，则调用线程等待，直到那个现成完成初始话返回。
下面就是该函数的程序例子：
#include
pthread_once_tonce=PTHREAD_ONCE_INIT;
pthread_mutex_tmutex; /*互斥量，我们后面会讲到*/
voidonce_init_routine（void） /*一次初始化函数*/
{
intstatus;
status=pthread_mutex_init（&mutex,NULL）;/*初始化互斥量*/
if（status==0）
printf（“Initsuccess!
Myidis%u”,pthread_self（））;
}
void*child_thread（void*arg）
{
printf（“I’mchild,Myidis%u”,pthread_self（））;
pthread_once（&once,once_init_routine）;/*子线程调用一次性初始化函数*/
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
pthread_tchild_thread_id;
pthread_create（&child_thread_id,NULL,child_thread,NULL）;/*创建子线程*/
printf（“I’mfather,myidis%u”,pthread_self（））;
pthread_once（&once,once_init_routine）;/*父线程调用一次性初始化函数*/
pthread_join（child_thread_id,NULL）;
}
程序运行结果如下：
./once
I’mfather,Myidis3086874304
Initsuccess!
Myidis3086874304
I’mchild,Myidis3086871472
从上面的结果可以看到当主函数初始化成功后，子函数初始化失败。
九、线程的私有数据
在进程内的所有线程共享相同的地址空间，任何声明为静态或外部的变量，或在进程堆声明的变量，都可以被进程所有的线程读写。
那怎样才能使线程序拥有自己的私有数据呢。
posix提供了一种方法，创建线程键。
10.
名称:
：
pthread_key_create
功能：
建立线程私有数据键
头文件：
#include
函数原形：
intpthread_key_create（pthread_key_t*key,void（*destructor）（void*））;
参数：
key 私有数据键
destructor 清理函数
返回值：
若成功返回0，若失败返回错误编号。
第一个参数为指向一个键值的指针，第二个参数指明了一个destructor函数（清理函数），如果这个参数不为空，那么当每个线程结束时，系统将调用这个函数来释放绑定在这个键上的内存块。
这个函数常和函数pthread_once一起使用，为了让这个键只被创建一次。
函数pthread_once声明一个初始化函数，第一次调用pthread_once时它执行这个函数，以后的调用将被它忽略。
下面是程序例子：
#include
pthread_key_ttsd_key;
pthread_once_tkey_once=PTHREAD_ONCE_INIT;
voidonce_routine（void）
{
intstatus;
status=pthread_key_create（&tsd_key,NULL）;/*初始化线程私有数据键*/
if（status=0）
printf（“Keycreatesuccess!
Myidis%u\n”,pthread_self（））;
}
void*child_thread（void*arg）
{
printf（“I’mchild,Myidis%u\n”,pthread_self（））;
pthread_once（&key_once,once_routine）;/* 调用一次性初始化函数*/
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
pthread_tchild_thread_id;
pthread_create（&child_thread_id,NULL,child_thread,NULL）;
printf（“I’mfather,myidis%u\n”,pthread_self（））;
pthread_once（&key_once,once_routine）;
}
程序运行结果如下：
I’mfather,Myidis3086231232
Keycreatesuccess!
Myidis3086231232
I’mchild,Myidis2086228400
第二章线程高级知识
一．线程属性
线程具有属性，用pthread_attr_t表示，在对该结构进行处理之前必须进行初始化，在使用后需要对其去除初始化。
我们用pthread_attr_init函数对其初始化，用pthread_attr_destroy对其去除初始化。
1．
名称:
：
pthread_attr_init/pthread_attr_destroy
功能：
对线程属性初始化/去除初始化
头文件：
#include
函数原形：
intpthread_attr_init（pthread_attr_t*attr）;
intpthread_attr_destroy（pthread_attr_t*attr）;
参数：
Attr 线程属性变量
返回值：
若成功返回0，若失败返回-1。
调用pthread_attr_init之后，pthread_t结构所包含的内容就是操作系统实现支持的线程所有属性的默认值。
如果要去除对pthread_attr_t结构的初始化，可以调用pthread_attr_destroy函数。
如果pthread_attr_init实现时为属性对象分配了动态内存空间，pthread_attr_destroy还会用无效的值初始化属性对象，因此如果经pthread_attr_destroy去除初始化之后的pthread_attr_t结构被pthread_create函数调用，将会导致其返回错误。
线程属性结构如下：
typedefstruct
{
int detachstate; 线程的分离状态
int schedpolicy; 线程调度策略
structsched_param schedparam; 线程的调度参数
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