Linux系统编程：多线程编程

一、什么是线程？

1. 线程是一种执行流，也是一种任务流，因此线程也具有5个状态，可参与时间片轮转；
2. 线程必须依附于进程而存在；
3. 进程即OS分配资源的基本单位，也是执行单位，
   线程仅是一个执行单位，OS只给它运行必要的资源（栈）；
4. 每个线程都有一个id，但这个id只是保证在同一个进程里不一样。

二、线程相关函数

创建线程

int pthread_create(pthread_t *thread, 
            const pthread_attr_t *attr, //线程属性
            void *(*start_routine)(void*), //线程入口函数
            void *arg);

等待线程结束

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

1. 等待指定线程退出；
2. 对已退出的线程做善后；
3. 获取已退出的线程的返回值：成功为0，失败非0。

创建分离的线程

pthread_t tid;
int ret = 0;
pthread_attr_t attr;

pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED); //detached

ret = pthread_create(&tid,&attr,StartThread,NULL);
if(ret != 0)
{
    printf("pthread_create failed\n");
    pthread_attr_destroy(&attr);
    return 1;
}
//不要调用join

线程的退出

void pthread_exit(void *retval); //退出

线程的取消

pthread_cancel：其作用是给指定的线程发送取消请求，但它只是发出请求，线程是否取消则不在其考虑范围之内。

三、关于资源冲突

资源冲突的前提

1. 多任务并行执行；
2. 存在共享资源；
3. 同时操作共享资源。

这种同时使用共享资源导致的问题，专业上被称为竞态问题。

如何避免竞态

设法不要让多任务同时使用该共享资源。
解决竞态问题的手段被称为同步机制。

典型的竞态问题

• 同步问题
  解决办法：

定义一个信号量类型的变量；
初始化该变量；
......
信号量P操作；
...... //临界区（需要使用共享资源的一段代码）
信号量V操作；
......

• 互斥问题
  解决办法：

定义一个信号量类型的变量；
初始化该变量（信号量的计数牌初始值为0）；
A任务代码；
......
...... //临界区（需要使用共享资源的一段代码）
信号量V操作；
......
B任务代码；
......
信号量P操作；
...... //临界区（需要使用共享资源的一段代码）

四、系统为线程提供的同步机制

线程信号量

• 头文件：smaphore.h
• 类型：sem_t
• 初始化：int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
• 清理：int sem_destory(sem_t *sem);
• P操作：int sem_wait(sem_t *sem);
• V操作：int sem_post(sem_t *sem);

线程互斥量

• 头文件：pthread.h
• 类型：pthread_mutex_t
• 初始化：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,NULL);
• 清理：int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mutex,NULL);
• 阻塞P操作：int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex,NULL);
• 非阻塞P操作：int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex,NULL);
• V操作：int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex,NULL);

线程读写锁

• 头文件：pthread.h
• 类型：pthread_rwlock_t
• 初始化：int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *rwlock,NULL);
• 清理：int pthread_rwlock_destory(pthread_rwlock_t *rwlock,NULL);
• 阻塞读锁P操作：int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock,NULL);
• 阻塞写锁P操作：int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock,NULL);
• 非阻塞读锁P操作：int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock,NULL);
• 非阻塞写锁P操作：int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock,NULL);
• V操作：int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock,NULL);