• Linux 8：线程

    文章目录

    1. 线程

    1.1 线程定义

    线程是进程内部的一条执行序列或执行路径，一个进程可以包含多条线程；线程是资源调度的基本单位。
    进程：一个正在运行的程序，进程是资源分配的基本单位。
    在这里插入图片描述

    1.2 线程的实现方式

    在操作系统中，线程的实现有以下三种方式：
    ◼ 内核级线程：创建开销较大，可以利用多处理器资源，可能实现并行
    ◼ 用户级线程：创建更多数目线程，创建开销较少；缺点：无法利用多个处理器，只能实现并发
    ◼ 组合级线程：既可以利用多个处理器资源，又可以创建多数量线程。
    在这里插入图片描述
    Linux系统中线程的实现
    内核级线程
    Linux把所有的线程都当作进程来实现，内核没有准备特别的调度算法或是定义特别的数据结构来表明线程。线程仅仅被视为一个与其他进程共享某些资源的进程。

    1.3 进程与线程的区别

    ◼ 进程是资源分配的最小单位，线程是 CPU 调度的最小单位
    ◼ 进程有自己的独立地址空间，线程共享进程中的地址空间
    ◼ 进程的创建消耗资源大，线程的创建相对较小
    ◼ 进程的切换开销大，线程的切换开销相对较小

    1.4 线程创建

    pthread_create() 创建线程 pthread_join() 等待线程结束 pthread_exit() 退出线程

    1.5 线程

    1. 并发运行
    2. 同步线程
    3. 线程安全

    1.6 代码

    main.c

      1 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 #include<string.h>
  5 #include<pthread.h>
  6 
  7 void*fun(void*arg)
  8 {
  9     for(int i=0;i<5;i++)
 10     {
 11         printf("fun run\n");
 12         sleep(1);
 13     }
 14     pthread_exit("fun over");
 15 }
 16 int main()
 17 {
 18     pthread_t id;
 19     pthread_create(&id,NULL,fun,NULL);
 20 
 21     for(int i=0;i<5;i++)
 22     {
 23         printf("main run\n");
 24         sleep(1);
 25     }
 26     char*s=NULL;
 27     pthread_join(id,(void**)&s);
 28     printf("s=%s\n",s);
 29     exit(0);
 30 }   

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    test.c

      1 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 #include<string.h>
  5 #include<pthread.h>
  6 
  7 void*fun(void*arg)
  8 {
  9     int index=*(int*)arg;//获取值
 10     for(int i=0;i<3;i++)
 11     {
 12         printf("index=%d\n",index);
 13         sleep(1);
 14     }
 15 }
 16 int main()
 17 {
 18     pthread_t id[5];
 19     int i=0;
 20     for(;i<5;i++)
 21     {
 22         pthread_create(&id[i],NULL,fun,(void*)&i);//内核创建线程
 23     }
 24     for(i=0;i<5;i++)
 25     {
 26         pthread_join(id[i],NULL);//等待线程结束
 27     }
 28     exit(0);
 29 }


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    test.c(修改版)
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    运行结果(按照顺序执行)
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    thread.c
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    运行结果
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    1.7 例题

    对于变量i在多个线程中进行++操作，一个程序100次，另一个程序100次，求一共多少个值？

    答案
    <= 200次
    代码转化为指令

    1.8 进行信号量设置后，进程不存在并行

    thread.c

      1 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 #include<string.h>
  5 #include<pthread.h>
  6 #include<semaphore.h>
  7 int m_index=1;
  8 sem_t sem;
  9 void*fun(void*arg)
 10 {
 11     for(int i=0;i<1000;i++)
 12     {
 13         sem_wait(&sem);
 14         printf("m_index=%d\n",m_index++);
 15         sem_post(&sem);
 16     }
 17 }
 18 int main()
 19 {
 20     sem_init(&sem,0,1);
 21     pthread_t id[5];//创建5个线程
 22     for(int i=0;i<5;i++)
 23     {
 24         pthread_create(&id[i],NULL,fun,NULL);
 25     }
 26 
 27     for(int i=0;i<5;i++)
 28     {
 29         pthread_join(id[i],NULL);
 30     }
 31     sem_destroy(&sem);
 32     exit(0);
 33 }

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    1.9 信号量控制按照顺序打印A,B,C

    main.c

      1 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 #include<string.h>
  5 #include<pthread.h>
  6 #include<semaphore.h>
  7 
  8 sem_t sem1,sem2,sem3;
  9 void* fun1(void* arg)
 10 {
 11     for(int i=0;i<5;i++)
 12     {
 13         sem_wait(&sem1);
 14         printf("A");
 15         fflush(stdout);
 16         sem_post(&sem2);
 17     }
 18 }
 19 
 20 void* fun2(void* arg)
 21 {
 22     for(int i=0;i<5;i++)
 23     {
 24         sem_wait(&sem2);
 25         printf("B");
 26         fflush(stdout);
 27         sem_post(&sem3);
 28     }
 29 }
 30 
 31 void* fun3(void* arg)
 32 {
 33     for(int i=0;i<5;i++)
 34     {
 35         sem_wait(&sem3);
 36         printf("C");
 37         fflush(stdout);
 38         sem_post(&sem1);
 39     }
 40 }
 41 
 42 int main()
 43 {
 44     sem_init(&sem1,0,1);
 45     sem_init(&sem2,0,0);
 46     sem_init(&sem3,0,0);
 47 
 48     pthread_t id1,id2,id3;
 49     pthread_create(&id1,NULL,fun1,NULL);
 50     pthread_create(&id2,NULL,fun2,NULL);
 51     pthread_create(&id3,NULL,fun3,NULL);
 52 
 53     pthread_join(id1,NULL);
 54     pthread_join(id2,NULL);
 55     pthread_join(id3,NULL);
 56 
 57     sem_destroy(&sem1);
 58     sem_destroy(&sem2);
 59     sem_destroy(&sem3);
 60 
 61     exit(0);
 62 }    

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    test.c

      1 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 #include<string.h>
  5 #include<pthread.h>
  6 #include<semaphore.h>
  7 
  8 pthread_rwlock_t rwlock;
  9 
 10 void*fun1(void*arg)
 11 {
 12     for(int i=0;i<5;i++)
 13     {
 14         pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);//读锁
 15         printf("a read start...\n");
 16         int n=rand() % 3;
 17         sleep(n);
 18         printf("a read end...\n");
 19         pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
 20         n=rand() % 3;
 21         sleep(n);
 22     }
 23 }
 24 void*fun2(void*arg)
 25 {
 26     for(int i=0;i<5;i++)
 27     {
 28         pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);//读锁
 29         printf("b read start...\n");
 30         int n=rand() % 3;
 31         sleep(n);
 32         printf("b read end...\n");
 33         pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
 34         n=rand() % 3;
 35         sleep(n);
 36     }
 37 }
 38 void*fun3(void*arg)
 39 {
 40     for(int i=0;i<5;i++)
 41     {
 42         pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);//写锁
 43         printf("----write start----\n");
 44         int n=rand() % 3;
 45         sleep(n);
 46         printf("----write end----\n");
 47         pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
 48         n=rand() % 3;
 49         sleep(n);
 50     }
 51 }
 52 int main()
 53 {
 54     pthread_rwlock_init(&rwlock,NULL);
 55     pthread_t id1,id2,id3;
 56     pthread_create(&id1,NULL,fun1,NULL);
 57     pthread_create(&id2,NULL,fun2,NULL);
 58     pthread_create(&id3,NULL,fun3,NULL);
 59 
 60     pthread_join(id1,NULL);
 61     pthread_join(id2,NULL);
 62     pthread_join(id3,NULL);
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 64     pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
 65     exit(0);
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    1.10 条件变量

    1.10.1 函数

    pthread_cond_wait() 把线程存放到等待队列 pthread_cond_signal() 唤醒单个线程 pthread_cond_broadcast() 唤醒所有进程

    1.11 唤醒线程

    cond.c

      1 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 #include<string.h>
  5 #include<pthread.h>
  6 #include<semaphore.h>
  7 
  8 pthread_mutex_t mutex;
  9 pthread_cond_t cond;
 10 
 11 void*funa(void*arg)
 12 {
 13     while(1)
 14     {
 15         char*s=(char*)arg;
 16         pthread_mutex_lock(&mutex);
 17         pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
 18         pthread_mutex_unlock(&mutex);
 19 
 20         if(strncmp(s,"end",3)==0)
 21         {
 22             break;
 23         }
 24         printf("a:%s\n",s);
 25     }
 26     printf("funa over\n");
 27 }
 28 
 29 void*funb(void*arg)
 30 {
 31     while(1)
 32     {
 33         char*s=(char*)arg;
 34         pthread_mutex_lock(&mutex);
 35         pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
 36         pthread_mutex_unlock(&mutex);
 37 
 38         if(strncmp(s,"end",3)==0)
 39         {
 40             break;
 41         }
 42         printf("b:%s\n",s);
 43     }
 44     printf("funb over\n");
 45 }
 46 
 47 int main()
 48 {
 49     pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
 50     pthread_cond_init(&cond,NULL);
 51 
 52     char buff[128]={0};
 53     pthread_t ida,idb;
 54 
 55     pthread_create(&ida,NULL,funa,buff);
 56     pthread_create(&idb,NULL,funb,buff);
 57 
 58     while(1)
 59     {
 60         fgets(buff,127,stdin);
 61 
 62         if(strncmp(buff,"end",3)==0)
 63         {
 64             pthread_cond_broadcast(&cond);
 65             break;
 66         }
 67         else
 68         {
 69             pthread_cond_signal(&cond);
 70         }
 71     }
 72 
 73     pthread_join(ida,NULL);
 74     pthread_join(idb,NULL);
 75 
 76     pthread_cond_destroy(&cond);
 77     pthread_mutex_destroy(&mutex);
 78 }

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