• [Linux系统编程]_多线程（四）

    嵌入式之路，贵在日常点滴

                                                                    ---阿杰在线送代码

    目录

    一、进程与线程的区别 

    二、使用线程的理由 

    三、Linux上线程开发API概要 

    ​编辑线程

    1. 线程创建

    2. 线程退出

    3. 线程等待 

    4、线程ID获取 

    多线程空间共享代码验证： 

    互斥量与锁： 

    死锁 

    条件锁 

    1. 创建及销毁条件变量 

    2. 等待 

    3. 触发

    我们写一个脚本用来记录运行数据 

    线程参考文章

    一、进程与线程的区别 

           典型的UNIX/Linux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。有了多个控制线程后，在程序设计时可以把进程设计成在同一时刻做不止一件事，每个线程各自处理独立的任务。　　

    　　进程是程序执行时的一个实例，是担当分配系统资源（CPU时间、内存等）的基本单位。在面向线程设计的系统中，进程本身不是基本运行单位，而是线程的容器。程序本身只是指令、数据及其组织形式的描述，进程才是程序（那些指令和数据）的真正运行实例。

    　　线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。线程包含了表示进程内执行环境必须的信息，其中包括进程中表示线程的线程ID、一组寄存器值、栈、调度优先级和策略、信号屏蔽字、errno常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。在Unix和类Unix操作系统中线程也被称为轻量级进程（lightweight processes），但轻量级进程更多指的是内核线程（kernel thread），而把用户线程（user thread）称为线程。

    "进程——资源分配的最小单位，线程——程序执行的最小单位" 

    进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。 

    二、使用线程的理由 

    从上面我们知道了进程与线程的区别，其实这些区别也就是我们使用线程的理由。总的来说就是：进程有独立的地址空间，线程没有单独的地址空间（同一进程内的线程共享进程的地址空间）。

    　　使用多线程的理由之一是和进程相比，它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。我们知道，在Linux系统下，启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段，这是一种"昂贵"的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程，它们彼此之间使用相同的地址空间，共享大部分数据，启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。据统计，总的说来，一个进程的开销大约是一个线程开销的30倍左右，当然，在具体的系统上，这个数据可能会有较大的区别。

    　　使用多线程的理由之二是线程间方便的通信机制。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。线程则不然，由于同一进程下的线程之间共享数据空间，所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用，这不仅快捷，而且方便。当然，数据的共享也带来其他一些问题，有的变量不能同时被两个线程所修改，有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击，这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。

    　　除了以上所说的优点外，不和进程比较，多线程程序作为一种多任务、并发的工作方式，当然有以下的优点：

    • 提高应用程序响应。这对图形界面的程序尤其有意义，当一个操作耗时很长时，整个系统都会等待这个操作，此时程序不会响应键盘、鼠标、菜单的操作，而使用多线程技术，将耗时长的操作（time consuming）置于一个新的线程，可以避免这种尴尬的情况。
    • 使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时，不同的线程运行于不同的CPU上。
    • 改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程，成为几个独立或半独立的运行部分，这样的程序会利于理解和修改。

    三、Linux上线程开发API概要 

    多线程开发在 Linux 平台上已经有成熟的 pthread 库支持。其涉及的多线程开发的最基本概念主要包含三点：线程，互斥锁，条件。其中，线程操作又分线程的创建，退出，等待 3 种。互斥锁则包括 4 种操作，分别是创建，销毁，加锁和解锁。条件操作有 5 种操作：创建，销毁，触发，广播和等待。其他的一些线程扩展概念，如信号灯等，都可以通过上面的三个基本元素的基本操作封装出来。详细请见下表： 

    线程

    1. 线程创建

    1. #include 
    2. int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg);
    3. // 返回：若成功返回0，否则返回错误编号
    4. （1）创建的线程名字
    5. （2）常常NULL
    6. （3）线程执行的函数
    7. （4）给该函数传参

           当pthread_create成功返回时，由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，暂可以把它设置为NULL，以创建默认属性的线程。

    　　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。

    2. 线程退出

    　　单个线程可以通过以下三种方式退出，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）线程可以被同一进程中的其他线程取消。

    　　3）线程调用pthread_exit：

    1. #include 
    2. int pthread_exit(void *rval_ptr);

    rval_ptr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通过调用pthread_join函数访问到这个指针。 

    3. 线程等待 

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    1. #include 
    2. int pthread_join(pthread_t thread, void **rval_ptr);
    3. // 返回：若成功返回0，否则返回错误编号

    　　调用这个函数的线程将一直阻塞，直到指定的线程调用pthread_exit、从启动例程中返回或者被取消。如果例程只是从它的启动例程返回i，rval_ptr将包含返回码。如果线程被取消，由rval_ptr指定的内存单元就置为PTHREAD_CANCELED。

    　　可以通过调用pthread_join自动把线程置于分离状态，这样资源就可以恢复。如果线程已经处于分离状态，pthread_join调用就会失败，返回EINVAL。

    　　如果对线程的返回值不感兴趣，可以把rval_ptr置为NULL。在这种情况下，调用pthread_join函数将等待指定的线程终止，但并不获得线程的终止状态。

    4、线程ID获取 

    1. #include 
    2. pthread_t pthread_self(void);
    3. // 返回：调用线程的ID
    1. #include "stdio.h"
    2. #include "pthread.h"
    3.  
    4. //int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg);
    5. // 返回：若成功返回0，否则返回错误编号
    6.  
    7. void *func1(void *arg)
    8. {
    9. //      static int ret = 10;
    10.         static char* p = "t1 is run over";//必须要用static
    11.  
    12.         printf("t1:%ld thread is create\n",(unsigned long)pthread_self());//获取t1线程号
    13.         printf("t1:param is %d\n",*((int *)arg));//把arg转化为int*型，然后取内容
    14.  
    15. //      pthread_exit((void*)&ret);
    16.         pthread_exit((void*)p);线程退出
    17. }
    18.  
    19. int main()
    20. {
    21.         int ret;//定义线程返回标志
    22.         pthread_t t1;//定义线程
    23.         int param = 100;//给线程传参
    24.         char* pret = NULL;
    25.  
    26.         ret = pthread_create(&t1, NULL, func1, (void *)¶m);线程创建
    27.         if(ret == 0){
    28.                 printf("main:create t1 success\n");
    29.         }
    30.  
    31.         printf("main: %ld\n",(unsigned long)pthread_self());//获取主函数线程号
    32.         
    33.         线程等待
    34.         pthread_join(t1,(void **)&pret);
    35.         //pret是为了获取线程退出所返回的内容,无返回值则NULL,
    36.         等待线程退出再往下执行,否则主进程直接退出，线程来不及运行就退出。
    37. //      printf("main is run over,%d\n",pret);
    38.         printf("main is run over,%s\n",pret); 
    39. //      while(1);
    40.         return 0;
    41. }

    运行结果：

     

    多线程空间共享代码验证： 

    注：进行编译时一定要链接 -lpthread库 

    1. #include 
    2. #include 
    3.  
    4. int g_data = 0;
    5.  
    6. void *func1(void* arg)
    7. {
    8.         //static char* p = "t1 is run over";//必须要用static
    9.         printf("t1:%ld pthread is creat\n",(unsigned long)pthread_self());//获取t1线程号
    10.         printf("t1.arg = %d\n",*(int*)arg);//把arg转化为int*型，然后取内容
    11.         //pthread_exit((void*)p);
    12.         while(1)
    13.         {
    14.                 printf("t1:%d\n",g_data++);
    15.                 sleep(1);
    16.         }
    17. }
    18.  
    19. void *func2(void* arg)
    20. {
    21.         //static char* p = "t1 is run over";//必须要用static
    22.         printf("t2:%ld pthread is creat\n",(unsigned long)pthread_self());//获取t1线程号
    23.         printf("t2.arg = %d\n",*(int*)arg);//把arg转化为int*型，然后取内容
    24.         //pthread_exit((void*)p);
    25.         while(1)
    26.         {
    27.                 printf("t2:%d\n",g_data++);
    28.                 sleep(1);
    29.         }
    30. }
    31.  
    32. int main()
    33. {
    34.         int ret1;//定义线程返回标志
    35.         int ret2;
    36.         int param = 100;//给线程传参
    37.         pthread_t t1;
    38.         pthread_t t2;
    39.         //      char* pret = NULL;
    40.         ret1 = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)¶m);
    41.         ret2 = pthread_create(&t2,NULL,func2,(void *)¶m);
    42.         if(ret1 == 0 && ret2 == 0)
    43.         {
    44.                 printf("main: pthred is creat success\n");
    45.         }
    46.         printf("main: %ld\n",(unsigned long)pthread_self());//获取主函数线程号
    47.         while(1)
    48.         {
    49.                 printf("main:%d\n",g_data++);
    50.                 sleep(1);
    51.         }
    52.         pthread_join(t1,NULL);//pret是为了获取线程退出所返回的内容,无返回值则NULL,等待线程退            出再往下执行,否则主进程直接退出，线程来不及运行就退出。
    53.         pthread_join(t2,NULL);
    54. //      printf("main is run over,%s\n",pret);
    55.         return 0;
    56. }

    运行结果

     

    互斥量与锁： 

    互斥量（mutex）从本质上来说是一把锁，在访问共享资源前对互斥量进行加锁，在访问完成后释放互斥量上的锁。每次只有一个线程可以向前运行。 

    1. #include 
    2. #include 
    3.  
    4. int g_data = 0;
    5. pthread_mutex_t mutex;//创建互斥锁
    6.  
    7. void *func1(void* arg)
    8. {
    9.         pthread_mutex_lock(&mutex);//给t1上锁
    10.         printf("t1:%ld pthread is creat\n",(unsigned long)pthread_self());//获取t1线程号
    11.         printf("t1.arg = %d\n",*(int*)arg);//把arg转化为int*型，然后取内容
    12.         pthread_mutex_unlock(&mutex);//给t1解锁
    13. }
    14.  
    15. void *func2(void* arg)
    16. {
    17.         pthread_mutex_lock(&mutex);
    18.         printf("t2:%ld pthread is creat\n",(unsigned long)pthread_self());//获取t1线程号
    19.         printf("t2.arg = %d\n",*(int*)arg);//把arg转化为int*型，然后取内容
    20.         pthread_mutex_unlock(&mutex);
    21. }
    22.  
    23. int main()
    24. {
    25.         int ret;//定义线程返回标志
    26.         int param = 100;//给线程传参
    27.         pthread_t t1;
    28.         pthread_t t2;
    29.         char* pret = NULL;
    30.         ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)¶m);
    31.         if(ret == 0)
    32.         {
    33.                 printf("main: t1 pthred is creat success\n");
    34.         }
    35.         ret = pthread_create(&t2,NULL,func2,(void *)¶m);
    36.         if(ret == 0)
    37.         {
    38.                 printf("main: t2 pthred is creat success\n");
    39.         }
    40.  
    41.         printf("main: %ld\n",(unsigned long)pthread_self());//获取主函数线程号
    42.         pthread_join(t1,NULL);//pret是为了获取线程退出所返回的内容,无返回值则NULL,等待线程退        
    43.                            //出再往下执行,否则主进程直接退出，线程来不及运行就退出。
    44.         pthread_join(t2,NULL);
    45.  
    46.         return 0;
    47. }

    运行结果：

     

    这里我们只能保证执行t1、t2时，其他线程不会运行。 

    1. #include 
    2. #include 
    3. int g_data = 0;
    4. pthread_mutex_t mutex;//创建互斥锁
    5.  
    6. void *func1(void* arg)
    7. {
    8.         pthread_mutex_lock(&mutex);//确保一进t1就被锁死
    9.         printf("t1:%ld pthread is creat\n",(unsigned long)pthread_self());//获取t1线程号
    10.         printf("t1.arg = %d\n",*(int*)arg);//把arg转化为int*型，然后取内容
    11.  
    12.         while(1)//假设就是t1先运行
    13.         {
    14.  
    15.                 printf("t1:%d\n",g_data++);
    16.                 if(g_data == 3)
    17.                 {
    18.  
    19.                         pthread_mutex_unlock(&mutex);
    20.                         printf("==========t1 quit=========");
    21.                         pthread_exit(NULL);
    22.                 }
    23.         }
    24. }
    25.  
    26. void *func2(void* arg)
    27. {
    28.  
    29.         printf("t2:%ld pthread is creat\n",(unsigned long)pthread_self());//获取t1线程号
    30.         printf("t2.arg = %d\n",*(int*)arg);//把arg转化为int*型，然后取内容
    31.         while(1)//假设t2先运行
    32.         {
    33.  
    34.                 printf("t2:%d\n",g_data);
    35.                 pthread_mutex_lock(&mutex);
    36.                 g_data++;
    37.                 pthread_mutex_unlock(&mutex);
    38.                 sleep(1);//在这段时间里t1可与t2竞争获得锁权限
    39.         }
    40. }
    41.  
    42. int main()
    43. {
    44.         int ret;//定义线程返回标志
    45.         int param = 100;//给线程传参
    46.         pthread_t t1;
    47.         pthread_t t2;
    48.         char* pret = NULL;
    49.         pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//初始化锁
    50.  
    51.         ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)¶m);
    52.         if(ret == 0)
    53.         {
    54.                 printf("main: t1 pthred is creat success\n");
    55.         }
    56.         ret = pthread_create(&t2,NULL,func2,(void *)¶m);
    57.         if(ret == 0)
    58.         {
    59.                 printf("main: t2 pthred is creat success\n");
    60.         }
    61.  
    62.         printf("main: %ld\n",(unsigned long)pthread_self());//获取主函数线程号
    63.         pthread_join(t1,NULL);//pret是为了获取线程退出所返回的内容,无返回值则NULL,等待线程退出再往下执行,否则主进程直接退出，线程来不及运行就退出。
    64.         pthread_join(t2,NULL);
    65.         pthread_mutex_destroy(&mutex);//销毁锁
    66.         return 0;
    67. }

    运行结果：

     

    Linux多线程服务端编程
    pdf 0星 超过10%的资源 3.26MB
    下载

    死锁 

    死锁情况：两个进程本身都有一个自己的锁，在对方没解锁的情况下又想拿到对方的锁，就会造成死锁。 

    前提条件：有两个锁

    线程A获取了1锁，同时线程A还想获取2锁；线程B获取了2锁，同时线程B还想获取1锁

     

     两个线程都处于阻塞状态

    死锁的必要条件

    1. 互斥：一个执行流获取互斥锁后，其它执行流不能再获取该锁；
    2. 不可剥夺：A执行流拿着锁，其它执行流不能释放；
    3. 循环等待：多个执行流拿着对方想要的锁，并且各执行流还去请求对方的锁；
    4. 请求与保持：执行流本身使用着一把锁并不释放，还在请求别的锁；

    解决方案：

    1、使线程的加锁顺序一致
    在这里插入图片描述

    2、破坏环路等待条件
    使用非阻塞锁，一旦线程发现请求的锁被使用，就去释放自己拥有的锁
    在这里插入图片描述

    3、在加锁前，将临界资源一次性分配给线程A再加锁

    条件锁 

     　  条件变量是线程另一可用的同步机制。条件变量给多个线程提供了一个会合的场所。条件变量与互斥量一起使用时，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。

    　　条件本身是由互斥量保护的。线程在改变条件状态前必须首先锁住互斥量，其他线程在获得互斥量之前不会察觉到这种改变，因为必须锁定互斥量以后才能计算条件。

    　　条件变量使用之前必须首先初始化，pthread_cond_t数据类型代表的条件变量可以用两种方式进行初始化，可以把常量PTHREAD_COND_INITIALIZER赋给静态分配的条件变量，但是如果条件变量是动态分配的，可以使用pthread_cond_destroy函数对条件变量进行去除初始化（deinitialize）。

    1. 创建及销毁条件变量 

    1. #include 
    2. int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);
    3. int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t cond);
    4. // 返回：若成功返回0，否则返回错误编号

    除非需要创建一个非默认属性的条件变量，否则pthread_cont_init函数的attr参数可以设置为NULL。 

    2. 等待 

    1. #include 
    2. int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
    3. int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, cond struct timespec *restrict timeout);
    4. // 返回：若成功返回0，否则返回错误编号

    　　pthread_cond_wait等待条件变为真。如果在给定的时间内条件不能满足，那么会生成一个代表一个出错码的返回变量。传递给pthread_cond_wait的互斥量对条件进行保护，调用者把锁住的互斥量传给函数。函数把调用线程放到等待条件的线程列表上，然后对互斥量解锁，这两个操作都是原子操作。这样就关闭了条件检查和线程进入休眠状态等待条件改变这两个操作之间的时间通道，这样线程就不会错过条件的任何变化。pthread_cond_wait返回时，互斥量再次被锁住。

    　　pthread_cond_timedwait函数的工作方式与pthread_cond_wait函数类似，只是多了一个timeout。timeout指定了等待的时间，它是通过timespec结构指定。

    3. 触发

    1. #include 
    2. int pthread_cond_signal(pthread_cond_t cond);
    3. int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t cond);
    4. // 返回：若成功返回0，否则返回错误编号

    这两个函数可以用于通知线程条件已经满足。pthread_cond_signal函数将唤醒等待该条件的某个线程，而pthread_cond_broadcast函数将唤醒等待该条件的所有进程。 

    1. #include 
    2. #include 
    3.  
    4. int g_data = 0;
    5. pthread_mutex_t mutex;//创建互斥锁
    6. pthread_cond_t cond;//创建条件线程
    7.  
    8. void *func1(void* arg)
    9. {
    10.  
    11.         printf("t1:%ld pthread is creat\n",(unsigned long)pthread_self());//获取t1线程号
    12.         printf("t1.arg = %d\n",*(int*)arg);//把arg转化为int*型，然后取内容
    13.         while(1)
    14.         {
    15.                 等待
    16.                 pthread_cond_wait(&cond,&mutex);//等待上锁条件，条件满足才运行，无条件则阻 
    17.                  //塞，那t2便获得运行权限
    18.                 printf("========t1 run=======\n");
    19.                 printf("t1:%d\n",g_data);
    20.                 g_data = 0;
    21.                 sleep(1);
    22.         }
    23.  
    24. }
    25.  
    26. void *func2(void* arg)
    27. {
    28.  
    29.         printf("t2:%ld pthread is creat\n",(unsigned long)pthread_self());//获取t1线程号
    30.         printf("t2.arg = %d\n",*(int*)arg);//把arg转化为int*型，然后取内容
    31.         while(1)//假设t2先运行
    32.         {
    33.  
    34.                 printf("t2:%d\n",g_data);
    35.                 pthread_mutex_lock(&mutex);
    36.                 g_data++;
    37.  
    38.                 if(g_data == 3)
    39.                 {
    40.                       触发  
    41.                      pthread_cond_signal(&cond);//满足条件，转到func1
    42.                 }
    43.                 pthread_mutex_unlock(&mutex);
    44.                 sleep(1);//在这段时间里t1可与t2竞争获得锁权限
    45.         }
    46. }
    47.  
    48. int main()
    49. {
    50.         int ret;//定义线程返回标志
    51.         int param = 100;//给线程传参
    52.  
    53.         pthread_t t1;
    54.         pthread_t t2;
    55.  
    56.         pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//初始化锁
    57.         pthread_cond_init(&cond,NULL);//初始化条件
    58.  
    59.         ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)¶m);
    60.         ret = pthread_create(&t2,NULL,func2,(void *)¶m);
    61.  
    62.         pthread_join(t1,NULL);//pret是为了获取线程退出所返回的内容,无返回值则NULL,等待线程退 
    63.                 出再往下执行,否则主进程直接退出，线程来不及运行就退出。
    64.         pthread_join(t2,NULL);
    65.  
    66.         pthread_mutex_destroy(&mutex);//销毁锁
    67.         pthread_cond_destroy(&cond);//销毁条件
    68.  
    69.         return 0;
    70. }

    运行结果：

     

    动态初始化和静态初始化

    pthread_cond_t cond;

    //动态初始化： pthread_cond_init(&cond, NULL);

    //静态初始化: pthread_cond_t = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

    pthread_mutex_t;

    //动态初始化: pthread_mutex_init(&mutex,NULL);

    //静态初始化: pthread_mutex_t = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 

    我们写一个脚本用来记录运行数据 

    1. int main(int argc,char **argv)
    2. {
    3.         int time = atoi(argv[1]);
    4.         int i;
    5.         for(i=0;i
    6.         {
    7.                 system("./demo");
    8.         }
    9.         return 0;
    10. }

    gcc test.c -o test
    ./test 3 >>test.ret.txt &把运行结果追加到test.ret.txt文本里，这个文本会自动生成，这个demo需要能自行结束才能追加。 

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_50546241/article/details/126203392