《線程管理》PPT幻燈片

1、1,多線程編程,2,線程概述 線程的基本操作 線程同步互斥,3,每個進(jìn)程都擁有自己的數(shù)據(jù)段、代碼段和堆棧段，這就造成進(jìn)程在進(jìn)行創(chuàng)建、切換、撤銷操作時，需要較大的系統(tǒng)開銷。 為了減少系統(tǒng)開銷，從進(jìn)程中演化出了線程。 線程存在于進(jìn)程中，共享進(jìn)程的資源。 線程是進(jìn)程中的獨(dú)立控制流，由環(huán)境（包括寄存器組和程序計(jì)數(shù)器）和一系列的執(zhí)行指令組成。,4,線程的概念 每個進(jìn)程有一個地址空間和一個控制線程。,5,線程和進(jìn)程的比較 調(diào)度 線程是CPU調(diào)度和分派的基本單位。 擁有資源： 進(jìn)程是系統(tǒng)中程序執(zhí)行和資源分配的基本單位。 線程自己一般不擁有資源（除了必不可少的程序計(jì)數(shù)器，一組寄存器和棧），但它可以去訪問其所屬

2、進(jìn)程的資源，如進(jìn)程代碼段，數(shù)據(jù)段以及系統(tǒng)資源（已打開的文件，I/O設(shè)備等）。,6,系統(tǒng)開銷 同一個進(jìn)程中的多個線程可共享同一地址空間，因此它們之間的同步和通信的實(shí)現(xiàn)也變得比較容易。 在進(jìn)程切換時候，涉及到整個當(dāng)前進(jìn)程CPU環(huán)境的保存以及新被調(diào)度運(yùn)行的進(jìn)程的CPU環(huán)境的設(shè)置；而線程切換只需要保存和設(shè)置少量寄存器的內(nèi)容，并不涉及存儲器管理方面的操作，從而能更有效地使用系統(tǒng)資源和提高系統(tǒng)的吞吐量。 并發(fā)性 不僅進(jìn)程間可以并發(fā)執(zhí)行，而且在一個進(jìn)程中的多個線程之間也可以并發(fā)執(zhí)行。,7,使用多線程的目的主要有以下幾點(diǎn)： 多任務(wù)程序的設(shè)計(jì) 一個程序可能要處理不同應(yīng)用，要處理多種任務(wù)，如果開發(fā)不同的進(jìn)程來處理

3、，系統(tǒng)開銷很大，數(shù)據(jù)共享，程序結(jié)構(gòu)都不方便，這時可使用多線程編程方法。 并發(fā)程序設(shè)計(jì) 一個任務(wù)可能分成不同的步驟去完成，這些不同的步驟之間可能是松散耦合，可能通過線程的互斥，同步并發(fā)完成。這樣可以為不同的任務(wù)步驟建立線程。,8,網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì) 為提高網(wǎng)絡(luò)的利用效率，我們可能使用多線程，對每個連接用一個線程去處理。 數(shù)據(jù)共享 同一個進(jìn)程中的不同線程共享進(jìn)程的數(shù)據(jù)空間，方便不同線程間的數(shù)據(jù)共享。 在多CPU系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)真正的并行。,9,線程的基本操作,就像每個進(jìn)程都有一個進(jìn)程號一樣，每個線程也有一個線程號。 進(jìn)程號在整個系統(tǒng)中是唯一的，但線程號不同，線程號只在它所屬的進(jìn)程環(huán)境中有效。 進(jìn)程號用pid

4、_t數(shù)據(jù)類型表示，是一個非負(fù)整數(shù)。線程號則用pthread_t數(shù)據(jù)類型來表示。 有的系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)pthread_t的時候，用一個結(jié)構(gòu)體來表示，所以在可移植的操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不能把它做為整數(shù)處理。,10,#include int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg); 功能： 創(chuàng)建一個線程。,11,參數(shù)： thread：線程標(biāo)識符地址。 attr：線程屬性結(jié)構(gòu)體地址。 start_routine：線程函數(shù)的入口地址。 arg：傳給線

5、程函數(shù)的參數(shù)。 返回值： 成功：返回0。 失?。悍祷胤?。,12,與fork不同的是pthread_create創(chuàng)建的線程不與父線程在同一點(diǎn)開始運(yùn)行，而是從指定的函數(shù)開始運(yùn)行，該函數(shù)運(yùn)行完后，該線程也就退出了。 線程依賴進(jìn)程存在的，如果創(chuàng)建線程的進(jìn)程結(jié)束了，線程也就結(jié)束了。 線程函數(shù)的程序在pthread庫中，故鏈接時要加上參數(shù)-lpthread。 例：01_pthread_create_1.c 01_pthread_create_2.c,13,#include int pthread_join(pthread_t thread, void *retval); 功能： 等待子線程結(jié)束，并回收子

6、線程資源。 參數(shù)： thread：被等待的線程號。 retval：用來存儲線程退出狀態(tài)的指針的地址。 返回值： 成功返回0，失敗返回非0。 例：02_pthread_join.c,14,創(chuàng)建一個線程后應(yīng)回收其資源，但使用pthread_join函數(shù)會使調(diào)用者阻塞，故Linux提供了線程分離函數(shù)：pthread_detach。,15,#include int pthread_detach(pthread_t thread); 功能： 使調(diào)用線程與當(dāng)前進(jìn)程分離，使其成為一個獨(dú)立的線程，該線程終止時，系統(tǒng)將自動回收它的資源。 參數(shù)： thread：線程號 返回值： 成功：返回0，失敗返回非0。 例：

7、03_pthread_detach.c,16,在進(jìn)程中我們可以調(diào)用exit函數(shù)或_exit函數(shù)來結(jié)束進(jìn)程，在一個線程中我們可以通過以下三種在不終止整個進(jìn)程的情況下停止它的控制流。 線程從執(zhí)行函數(shù)中返回。 線程調(diào)用pthread_exit退出線程。 線程可以被同一進(jìn)程中的其它線程取消。,17,#include void pthread_exit(void *retval); 功能： 退出調(diào)用線程。 參數(shù): retval：存儲線程退出狀態(tài)的指針。 注： 一個進(jìn)程中的多個線程是共享該進(jìn)程的數(shù)據(jù)段，因此，通常線程退出后所占用的資源并不會釋放。 例：04_pthread_exit.c,18,取消線程是指

8、取消一個正在執(zhí)行線程的操作。 #include int pthread_cancel(pthread_t thread); 功能： 取消線程。 參數(shù)： thread:目標(biāo)線程ID。 返回值： 成功返回0，失敗返回出錯編號。,19,pthread_cancel函數(shù)的實(shí)質(zhì)是發(fā)信號給目標(biāo)線程thread，使目標(biāo)線程退出。 此函數(shù)只是發(fā)送終止信號給目標(biāo)線程，不會等待取消目標(biāo)線程執(zhí)行完才返回。 然而發(fā)送成功并不意味著目標(biāo)線程一定就會終止，線程被取消時，線程的取消屬性會決定線程能否被取消以及何時被取消。 線程的取消狀態(tài) 線程取消點(diǎn) 線程的取消類型,20,線程的同步互斥,同步: 兩個或兩個以上的線程在運(yùn)行過

9、程中協(xié)同步調(diào)，按預(yù)定的先后次序運(yùn)行。 互斥: 一個公共資源同一時刻只能被一個線程使用，多個線程不能同時使用公共資源。POSIX標(biāo)準(zhǔn)中線程同步和互斥的方法,主要有信號量和互斥鎖兩種方式。,21,互斥鎖(mutex) mutex是一種簡單的加鎖的方法來控制對共享資源的訪問，mutex只有兩種狀態(tài),即上鎖(lock)和解鎖(unlock)。 在訪問該資源前，首先應(yīng)申請mutex，如果mutex處于unlock狀態(tài)，則會申請到mutex并立即lock；如果mutex處于lock狀態(tài)，則默認(rèn)阻塞申請者。 unlock操作應(yīng)該由lock者進(jìn)行。,22,mutex用pthread_mutex_t數(shù)據(jù)類型表示

10、，在使用互斥鎖前,必須先對它進(jìn)行初始化。 靜態(tài)分配的互斥鎖： pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 動態(tài)分配互斥鎖: pthread_mutex_t mutex; pthread_mutex_init(在所有使用過此互斥鎖的線程都不再需要使用時候，應(yīng)調(diào)用pthread_mutex_destroy銷毀互斥鎖。,23,#include int pthread_mutex_init( pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr)； 功能： 初始化一個互斥鎖。 參數(shù)： m

11、utex：互斥鎖地址。 attr：互斥鎖的屬性，NULL為默認(rèn)的屬性。 返回值： 成功返回0，失敗返回非0。,24,#include int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); 功能： 對互斥鎖上鎖，若已經(jīng)上鎖，則調(diào)用者一直阻塞到互斥鎖解鎖。 參數(shù)： mutex：互斥鎖地址。 返回值： 成功返回0，失敗返回非0。,25,#include int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex_t *mutex); 功能： 對互斥鎖上鎖，若已經(jīng)上鎖，則上鎖失敗，函數(shù)立即返回。 參數(shù)： mutex：互斥鎖地址。 返回值：

12、 成功返回0，失敗返回非0。,26,#include int pthread_mutex_unlock( pthread_mutex_t * mutex); 功能： 對指定的互斥鎖解鎖。 參數(shù)： mutex：互斥鎖地址。 返回值： 成功返回0,失敗返回非0。,27,#include int pthread_mutex_destroy( pthread_mutex_t *mutex); 功能： 銷毀指定的一個互斥鎖。 參數(shù)： mutex：互斥鎖地址。 返回值： 成功返回0，失敗返回非0。 例：07_pthread_mutex.c,28,信號量廣泛用于進(jìn)程或線程間的同步和互斥，信號量本質(zhì)上是一個非

13、負(fù)的整數(shù)計(jì)數(shù)器，它被用來控制對公共資源的訪問。 編程時可根據(jù)操作信號量值的結(jié)果判斷是否對公共資源具有訪問的權(quán)限，當(dāng)信號量值大于時，則可以訪問，否則將阻塞。,29,原語是對信號量的操作，一次操作使信號量sem減，一次操作使信號量sem加。 信號量主要用于進(jìn)程或線程間的同步和互斥這兩種典型情況。 若用于互斥，幾個進(jìn)程（或線程）往往只設(shè)置一個信號量。 若用于同步操作，往往會設(shè)置多個信號量，并且安排不同的初始值，來實(shí)現(xiàn)它們之間的執(zhí)行順序。,30,信號用于互斥,31,信號量用于同步,32,#include int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned in

14、t value); 功能： 創(chuàng)建一個信號量并初始化它的值。 參數(shù)： sem：信號量的地址。 pshared：等于0，信號量在線程間共享；不等于0，信號量在進(jìn)程間共享。 value：信號量的初始值。 返回值： 成功返回0，失敗返回-1。,33,#include int sem_wait(sem_t *sem); 功能： 將信號量的值減1，若信號量的值小于0，此函數(shù)會引起調(diào)用者阻塞。 參數(shù)： sem：信號量地址。 返回值： 成功返回0，失敗返回-1。,34,#include int sem_trywait(sem_t *sem); 功能： 將信號量的值減1，若信號量的值小于0，則對信號量的操作失敗

15、，函數(shù)立即返回。 參數(shù)： sem：信號量地址。 返回值： 成功返回0，失敗返回-1。,35,#include int sem_post(sem_t *sem); 功能： 將信號量的值加1并發(fā)出信號喚醒等待線程。 參數(shù)： sem：信號量地址。 返回值： 成功返回0，失敗返回-1。,36,#include int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval); 功能： 獲取sem標(biāo)識的信號量的值，保存在sval中。 參數(shù)： sem：信號量地址。 sval：保存信號量值的地址。 返回值： 成功返回0，失敗返回-1。,37,#include int sem_destroy(sem_t