LINUX下的多線程編程技術(shù)分析

LINUX下的多線程編程技術(shù)分析進(jìn)程是程序執(zhí)行的動(dòng)態(tài)過程，是系統(tǒng)分配軟硬件資源的最小單位。而線程是進(jìn)程產(chǎn)生的分支，是更小的執(zhí)行實(shí)體，但系統(tǒng)并不給它分配任何資源，它共享創(chuàng)建它的進(jìn)程所擁有的資源。同一進(jìn)程內(nèi)的所有線程共享同一內(nèi)存地址空間，因而線程間的切換將不再需要資源信息的保存和進(jìn)行地址空間的變換，減少了系統(tǒng)開銷。提高了系統(tǒng)效率和程序的并發(fā)性。在LINUX系統(tǒng)中也引入了線程的概念與多線程機(jī)制。1LINUX中的線程機(jī)制線程可分為用戶級線程和內(nèi)核級線程兩種基本類型。用戶級線程不需要內(nèi)核支持，可以在用戶程序中實(shí)現(xiàn)，線程調(diào)度、同步與互斥都需要用戶程序自己完成。內(nèi)核級線程需要內(nèi)核參與，由內(nèi)核完成線程調(diào)度并提供相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，用戶程序可以通過這些接口函數(shù)對線程進(jìn)行一定的控制和管理。Linux操作系統(tǒng)提供了LinuxThreads庫，在linuxthreads庫中提供了一些多線程編程的關(guān)鍵函數(shù)，在多線程編程時(shí)應(yīng)包括pthread.h文件。2線程的創(chuàng)建和終止intpthread_create(pthread_t*pthread，constpthread_attr_t*attr，void*(*start_routine(*void))，void*arg):調(diào)用此函數(shù)可以創(chuàng)建一個(gè)新的線程，新線程創(chuàng)建后執(zhí)行start_routine指定的程序。其中參數(shù)attr是用戶希望創(chuàng)建線程的屬性，當(dāng)為NULL時(shí)表示以默認(rèn)的屬性創(chuàng)建線程。arg是向start_routine傳遞的參數(shù)。當(dāng)成功創(chuàng)建一個(gè)新的線程時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為新線程分配一個(gè)線程ID號，并通過pthread返回給調(diào)用者。voidpthread_exit(void*value_ptr):調(diào)用該函數(shù)可以退出線程，參數(shù)value_ptr是一個(gè)指向返回狀態(tài)值的指針。3線程控制函數(shù)Pthread_self(void):為了區(qū)分線程，在線程創(chuàng)建時(shí)系統(tǒng)為其分配一個(gè)唯一的ID號，由pthreadcreate()返回給調(diào)用者，也可以通過pthread_self()獲取自己的線程ID。Intpthread_join(pthread_tthread，void*status):這個(gè)函數(shù)的作用是等待一個(gè)線程的結(jié)束。調(diào)用pthread_join()的線程將被掛起直到線程ID為參數(shù)thread指定的線程終止。intpthread_detach(pthread_tpthread):參數(shù)pthread代表的線程一旦終止，立即釋放調(diào)該線程占有的所有資源。4線程間的互斥線程間的互斥是為了避免對臨界資源的同時(shí)使用，從而避免因此而產(chǎn)生的不可預(yù)料的后果。臨界資源是那些一次只能被一個(gè)線程使用的資源，如變量、鏈表、隊(duì)列等?；コ饬亢团R界區(qū)類似，只有擁有互斥量的線程才具有訪問資源的權(quán)限，由于互斥對象只有一個(gè)，這就決定了任何情況下共享資源(代碼或變量)都不會(huì)被多個(gè)線程同時(shí)訪問。使用互斥不僅能夠在同一應(yīng)用程序的不同線程中實(shí)現(xiàn)資源的安全共享，而且可以在不同應(yīng)用程序的線程之間實(shí)現(xiàn)對資源的安全共享。它可以保證對資源操作的正確性和完整性。由此可以看出線程間的互斥關(guān)系是由于對共有資源的競爭而產(chǎn)生的間接制約，線程之間并沒有直接的聯(lián)系。Linux中通過pthread_mutex_t來定義互斥體機(jī)制完成互斥操作。具體的操作函數(shù)如下:pthread_mutex_init(pthread_mutex_t*mutex，constpthread_mutexattr_t*attr):初使化一個(gè)互斥體變量mutex，參數(shù)attr表示按照attr屬性創(chuàng)建互斥體變量mutex，如果參數(shù)attr為NULL，則以默認(rèn)的方式創(chuàng)建。Pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t*mutex):給一個(gè)互斥體變量上鎖，如果mutex指定的互斥體已經(jīng)被鎖住，則調(diào)用線程將被阻塞直到擁有mutex的線程對mutex解鎖為止。Pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t*mutex):對參數(shù)mutex指定的互斥體變量解鎖。5線程間的同步線程間的同步是因?yàn)樗鼈冎g有相互的聯(lián)系，它們相互合作，相互等待，一個(gè)線程的執(zhí)行結(jié)果是另一個(gè)線程能夠執(zhí)行的前提條件。因而各線程必須被控制按一定的速度執(zhí)行，由此可看出線程間的同步關(guān)系由它們本身之間固有的聯(lián)系決定的，是相互直接制約的關(guān)系。實(shí)現(xiàn)線程間的互斥一般也可通過兩種途徑實(shí)現(xiàn)。是通過wait與signal過程在線程間互相發(fā)送消息來實(shí)現(xiàn)。主要有以下幾個(gè)函數(shù)：Pthread_cond_t用于定義條件變量；Pthread_cond_init函數(shù)用于初始化一個(gè)條件變量；Pthread_cond_wait函數(shù)使線程阻塞在一個(gè)條件變量上,并同時(shí)可以解開互斥鎖,因此可以避免死鎖的產(chǎn)生；Pthread_cond_signal用來釋放被阻塞在條件變量cond上的一個(gè)線程；Pthread_cond_destroy函數(shù)用于釋放一個(gè)條件變量；流程為：其中"初值message1=true，message2=false。Wait的功能是判斷消息是否為真，若是繼續(xù)執(zhí)行，不是則等待；signal是將消息置為真，從而喚醒被阻塞的相應(yīng)線程。（2）是通過設(shè)置私用信號量。其中sem1是線程PA的私用信號量，sem2是線程PB的私用信號量，其初值根據(jù)具體資源情況而定，一般為一個(gè)正整數(shù)，一個(gè)為零.私用信號量只能由其擁有者對其進(jìn)行P操作，即線程只能由自己將自己阻塞，而不能由對方阻塞，但兩者可通過V操作彼此喚醒。6多線程編程的應(yīng)用實(shí)例下面通過創(chuàng)建兩個(gè)線程來實(shí)現(xiàn)對一個(gè)數(shù)的遞加。void*thread1(){printf("thread1:I'mthread1\n");for(i=0;i<5;i++){printf("thread1:number=%d\n",number);pthread_mutex_lock(&mu);number++;pthread_mutex_unlock(&mu);sleep(2);}pthread_exit(NULL);}void*thread2(){printf("thread2:I'mthread2\n");for(i=0;i<5;i++){printf("thread2:number=%d\n",number);pthread_mutex_lock(&mu);number++;pthread_mutex_unlock(&mu);sleep(3);}pthread_exit(NULL);}voidthread_create(void){inttemp;memset(&thread,0,sizeof(thread));/*創(chuàng)建線程*/if((temp=pthread_create(&thread[0],NULL,thread1,NULL))!=0)printf("線程1創(chuàng)建失敗!\n");elseprintf("線程1被創(chuàng)建\n");if((temp=pthread_create(&thread[1],NULL,thread2,NULL))!=0)printf("線程2創(chuàng)建失敗");elseprintf("線程2被創(chuàng)建\n");}voidthread_wait(void){/*等待線程結(jié)束*/if(thread[0]!=0) {pthread_join(thread[0],NULL);printf("線程1已經(jīng)結(jié)束\n");}if(thread[1]!=0) {pthread_join(thread[1],NULL);printf("線程2已經(jīng)結(jié)束\n");}}intmain(){/*用默認(rèn)屬性初始化互斥鎖*/pthread_mutex_init(&mu,NULL);thread_create();thread_wait();return0;}該實(shí)例主要是說明兩個(gè)線程的互斥，在主函數(shù)中首先創(chuàng)建了thread[0]，thread[0]中對全局變量number++，之后創(chuàng)建了thread[1]，thread[1]同樣對全局變量number++，而且兩個(gè)線程在對number操作時(shí)都用了互斥鎖，所以在一個(gè)線程對number操作時(shí)另外一個(gè)線程會(huì)停在pthread_mutex_