POSIX线程Word文档格式.docx

1、所以，程序中的所有线程都可以读或写声明过的全局变量。如果曾用 fork（） 编写过重要代码，就会认识到这个工具的重要性。为什么呢？虽然 fork（） 允许创建多个进程，但它还会带来以下通信问题: 如何让多个进程相互通信，这里每个进程都有各自独立的内存空间。对这个问题没有一个简单的答案。虽然有许多不同种类的本地 IPC （进程间通信），但它们都遇到两个重要障碍： 强加了某种形式的额外内核开销，从而降低性能。 对于大多数情形，IPC 不是对于代码的“自然”扩展。通常极大地增加了程序的复杂性。双重坏事: 开销和复杂性都非好事。如果曾经为了支持 IPC 而对程序大动干戈过，那么您就会真正欣赏线程提供的

2、简单共享内存机制。由于所有的线程都驻留在同一内存空间，POSIX 线程无需进行开销大而复杂的长距离调用。只要利用简单的同步机制，程序中所有的线程都可以读取和修改已有的数据结构。而无需将数据经由文件描述符转储或挤入紧窄的共享内存空间。仅此一个原因，就足以让您考虑应该采用单进程/多线程模式而非多进程/单线程模式。回页首线程是快捷的不仅如此。线程同样还是非常快捷的。与标准 fork（） 相比，线程带来的开销很小。内核无需单独复制进程的内存空间或文件描述符等等。这就节省了大量的 CPU 时间，使得线程创建比新进程创建快上十到一百倍。因为这一点，可以大量使用线程而无需太过于担心带来的 CPU 或内存不足

3、。使用 fork（） 时导致的大量 CPU 占用也不复存在。这表示只要在程序中有意义，通常就可以创建线程。当然，和进程一样，线程将利用多 CPU。如果软件是针对多处理器系统设计的，这就真的是一大特性（如果软件是开放源码，则最终可能在不少平台上运行）。特定类型线程程序（尤其是 CPU 密集型程序）的性能将随系统中处理器的数目几乎线性地提高。如果正在编写 CPU 非常密集型的程序，则绝对想设法在代码中使用多线程。一旦掌握了线程编码，无需使用繁琐的 IPC 和其它复杂的通信机制，就能够以全新和创造性的方法解决编码难题。所有这些特性配合在一起使得多线程编程更有趣、快速和灵活。线程是可移植的如果熟悉 L

4、inux 编程，就有可能知道 _clone（） 系统调用。_clone（） 类似于 fork（），同时也有许多线程的特性。例如，使用 _clone（），新的子进程可以有选择地共享父进程的执行环境（内存空间，文件描述符等）。这是好的一面。但 _clone（） 也有不足之处。正如_clone（） 在线帮助指出：“_clone 调用是特定于 Linux 平台的，不适用于实现可移植的程序。欲编写线程化应用程序（多线程控制同一内存空间），最好使用实现 POSIX 1003.1c 线程 API 的库，例如 Linux-Threads 库。参阅 pthread_create（3thr）。”虽然 _clone

5、（） 有线程的许多特性，但它是不可移植的。当然这并不意味着代码中不能使用它。但在软件中考虑使用 _clone（） 时应当权衡这一事实。值得庆幸的是，正如 _clone（） 在线帮助指出，有一种更好的替代方案：POSIX 线程。如果想编写可移植的多线程代码，代码可运行于 Solaris、FreeBSD、Linux 和其它平台，POSIX 线程是一种当然之选。第一个线程下面是一个 POSIX 线程的简单示例程序：thread1.c#include stdlib.hunistd.h void *thread_function（void *arg） int i; for （ i=0; iint myg

6、lobal; int i,j; j=myglobal; j=j+1;. fflush（stdout）; myglobal=j; myglobal=myglobal+1;onmyglobal equals %dn,myglobal）;理解 thread2.c如同第一个程序，这个程序创建一个新线程。主线程和新线程都将全局变量 myglobal 加一 20 次。但是程序本身产生了某些意想不到的结果。编译代码请输入：$ gcc thread2.c -o thread2 -lpthread运行请输入：$ ./thread2输出：.o.o.o.o.oo.o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.

7、omyglobal equals 21非常意外吧！因为 myglobal 从零开始，主线程和新线程各自对其进行了 20 次加一, 程序结束时 myglobal 值应当等于 40。由于 myglobal 输出结果为 21，这其中肯定有问题。但是究竟是什么呢？放弃吗？好，让我来解释是怎么一回事。首先查看函数 thread_function（）。注意如何将 myglobal 复制到局部变量 j 了吗? 接着将 j 加一, 再睡眠一秒，然后到这时才将新的 j 值复制到 myglobal？这就是关键所在。设想一下，如果主线程就在新线程将 myglobal 值复制给 j后立即将 myglobal 加一，会

8、发生什么？当 thread_function（） 将 j 的值写回 myglobal 时，就覆盖了主线程所做的修改。当编写线程程序时，应避免产生这种无用的副作用，否则只会浪费时间（当然，除了编写关于 POSIX 线程的文章时有用）。那么，如何才能排除这种问题呢？由于是将 myglobal 复制给 j 并且等了一秒之后才写回时产生问题，可以尝试避免使用临时局部变量并直接将 myglobal 加一。虽然这种解决方案对这个特定例子适用，但它还是不正确。如果我们对 myglobal 进行相对复杂的数学运算，而不是简单的加一，这种方法就会失效。但是为什么呢？要理解这个问题，必须记住线程是并发运行的。即使

9、在单处理器系统上运行（内核利用时间分片模拟多任务）也是可以的，从程序员的角度，想像两个线程是同时执行的。thread2.c 出现问题是因为 thread_function（） 依赖以下论据：在 myglobal 加一之前的大约一秒钟期间不会修改 myglobal。需要有些途径让一个线程在对 myglobal 做更改时通知其它线程“不要靠近”。我将在下一篇文章中讲解如何做到这一点。到时候见。通用线程：POSIX 线程详解，第 2部分称作互斥对象的小玩意POSIX 线程是提高代码响应和性能的有力手段。在此三部分系列文章的第二篇中，Daniel Robbins 将说明，如何使用被称为互斥对象的灵巧小

10、玩意，来保护线程代码中共享数据结构的完整性。2000 年 8 月 01 日17288 次浏览0平均分 （37个评分）互斥我吧！在前一篇文章中，谈到了会导致异常结果的线程代码。两个线程分别对同一个全局变量进行了二十次加一。变量的值最后应该是 40，但最终值却是 21。这是怎么回事呢？因为一个线程不停地“取消”了另一个线程执行的加一操作，所以产生这个问题。现在让我们来查看改正后的代码，它使用互斥对象（mutex）来解决该问题：thread3.cpthread_mutex_t mymutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_lock（&mymutex

11、）; pthread_mutex_unlock（&解读一下如果将这段代码与前一篇文章中给出的版本作一个比较，就会注意到增加了 pthread_mutex_lock（） 和 pthread_mutex_unlock（） 函数调用。在线程程序中这些调用执行了不可或缺的功能。他们提供了一种相互排斥的方法（互斥对象即由此得名）。两个线程不能同时对同一个互斥对象加锁。互斥对象是这样工作的。如果线程 a 试图锁定一个互斥对象，而此时线程 b 已锁定了同一个互斥对象时，线程 a 就将进入睡眠状态。一旦线程 b 释放了互斥对象（通过 pthread_mutex_unlock（） 调用），线程 a 就能够锁定这

12、个互斥对象（换句话说，线程 a 就将从 pthread_mutex_lock（） 函数调用中返回，同时互斥对象被锁定）。同样地，当线程 a 正锁定互斥对象时，如果线程 c 试图锁定互斥对象的话，线程 c 也将临时进入睡眠状态。对已锁定的互斥对象上调用 pthread_mutex_lock（） 的所有线程都将进入睡眠状态，这些睡眠的线程将“排队”访问这个互斥对象。通常使用 pthread_mutex_lock（） 和 pthread_mutex_unlock（） 来保护数据结构。这就是说，通过线程的锁定和解锁，对于某一数据结构，确保某一时刻只能有一个线程能够访问它。可以推测到，当线程试图锁定一个

13、未加锁的互斥对象时，POSIX 线程库将同意锁定，而不会使线程进入睡眠状态。请看这幅轻松的漫画，四个小精灵重现了最近一次 pthread_mutex_lock（） 调用的一个场面。图中，锁定了互斥对象的线程能够存取复杂的数据结构，而不必担心同时会有其它线程干扰。那个数据结构实际上是“冻结”了，直到互斥对象被解锁为止。pthread_mutex_lock（） 和 pthread_mutex_unlock（） 函数调用，如同“在施工中”标志一样，将正在修改和读取的某一特定共享数据包围起来。这两个函数调用的作用就是警告其它线程，要它们继续睡眠并等待轮到它们对互斥对象加锁。当然，除非在每个对特定数据结

14、构进行读写操作的语句前后，都分别放上 pthread_mutex_lock（） 和 pthread_mutext_unlock（） 调用，才会出现这种情况。为什么要用互斥对象？听上去很有趣，但究竟为什么要让线程睡眠呢？要知道，线程的主要优点不就是其具有独立工作、更多的时候是同时工作的能力吗？是的，确实是这样。然而，每个重要的线程程序都需要使用某些互斥对象。让我们再看一下示例程序以便理解原因所在。请看 thread_function（），循环中一开始就锁定了互斥对象，最后才将它解锁。在这个示例程序中，mymutex 用来保护 myglobal 的值。仔细查看 thread_function（），

15、加一代码把 myglobal 复制到一个局部变量，对局部变量加一，睡眠一秒钟，在这之后才把局部变量的值传回给 myglobal。不使用互斥对象时，即使主线程在 thread_function（） 线程睡眠一秒钟期间内对 myglobal 加一，thread_function（） 苏醒后也会覆盖主线程所加的值。使用互斥对象能够保证这种情形不会发生。（您也许会想到，我增加了一秒钟延迟以触发不正确的结果。把局部变量的值赋给 myglobal 之前，实际上没有什么真正理由要求 thread_function（） 睡眠一秒钟。）使用互斥对象的新程序产生了期望的结果：$ ./thread3o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.ooooooomyglobal equals 40为了进一步探索这个极为重要的概念，让我们看一看程序中进行加一操作的代码：thread_function（） 加一代码：主线程加一代码：如果代码是位于单线程程序中，可