LINUX 线程基础, 线程同步,线程控制

一 线程基础

   1)线程全称控制线程
   2)多线程的优势：
      a) 比进程方便，可以共享相同的内存空间及文件描述符
      b) 可以用于多个任务，而这些任务如果用单进程来实现是串行，
         在多线程里面由于CPU的调度可以实现穿插执行
      c) 用于交互程序，将用户输入输出与其他部分分开，优化性能
   3)如何知道系统是否多线程pthread(POSIX线程)
      a) #ifdef  _POSIX_THREADS
      b) sysconf(_SC_THREADS)
   4)一个线程的数据结构
      线程ID,一组寄存器，栈，调度优先级，信号屏蔽字，errno,私有数据
      pthread_t 被实现为结构体这种才是可移植的
      但linux 直接这样定义了 typedef unsigned long int pthread_t;
   5)线程id比较 pthread_equal(pthread_t ptd1, pthread_t ptd2)
     获得线程ID pthread_self(void)
   6)线程创建 pthread_create(新线程的id,线程的属性，线程执行地址,函数参数)
     ****新线程和主线程在创建后是竞争运行
     ****linux上是靠clone创建子进程来实现的,所以同一个进程里面的线程获取到pid可能不同(fedora8是相同的)
   7)线程终止
     如果任一线程调用了exit,_Exit,_exit，那么整个进程就会终止
     a)从启动函数返回
     b)被其他线程取消
     c)线程调用pthread_exit
   8)线程阻塞
     pthread_join(pthread_t aim_ptd) 阻塞当前线程一直到目标线程退出 类似于进程控制里面的wait
     不能对分离状态(设置为，或已经是detach状态)的线程使用pthread_join,会返回失败
     只有一个线程可以对某个线程使用pthread_join
   9)请求取消某个线程
     pthread_cancel
   10)登记线程退出清理函数，类似于atexit登记函数
      pthread_cleanup_push(函数指针，参数)
      除了pthread_exit,及响应取消请求而退出的时候执行清理函数，也可以调用pthread_cleanup_pop来执行函数
      线程return退出是不会执行清理函数的
      pthread_cleanup_pop(int execute) execute为0就不执行清理函数，只是删除该处理函数，必须大于0才调用
   11)分离线程  pthread_detach
    pthread_t       tid;
    pthread_attr_t  attr;
    pthread_attr_init(&attr);
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
    pthread_create(&tid, &attr, THREAD_FUNCTION, arg);
    可以设置线程为默认的detach,好让操作系统在线程结束的时候，回收默认的资源

二 线程同步

    原因： 现代计算机体系结构造成了数据不是顺序一致来实现，  还有程序里面的逻辑，不是原子操作而造成的
    
    1)互斥量  本质上就是多放一块全局条件变量
      pthread_mutex_t 访问前加锁，访问完解锁
      
      使用步骤:
      a)创建并初始化
        静态的pthread_mutex_t 赋值常量 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
        动态分配的pthread_mutext_t ,需要调用pthread_mutex_init初始化, pthread_mutex_destroy释放
        通过pthread_mutex_init可以指定互斥量的属性,默认属性输入参数null
      b)加锁
        pthread_mutex_lock,如果已经有锁则阻塞到互斥变量解锁
        尝试加锁 pthread_mutex_trylock  加锁不成功会马上返回 EBUSY        
      c)访问数据  
      d)解锁   
        pthread_mutex_unlock 解锁
        
    2)避免互斥量死锁
       产生的原因： 线程对同一个互斥量加锁2次，线程本身会陷入死锁， 多个互斥量被多个线程以相反的顺序访问的时候
       
    3)读写锁 又名 共享-独占锁
      类型：     读锁 写锁
      数据类型： pthread_rwlock_t
      存在条件： 写锁一次最多一个线程占据，读锁可以并行存在多个
      
      加锁条件：
      a)当前锁是写锁，所有其它新加锁都会被阻塞
      b)当前锁是读锁，如果新加锁是读锁，那么可以获得访问权限
      c)当前锁是读锁，如果新加锁是写锁，那么该锁会被阻塞直到所有读锁解锁。
      ****注意  为避免长期的读锁占据写的时间，但有写锁进来后，后续的读锁都会被拒绝掉
      ****适合读的次数大于写的次数的情况
      
      初始化及释放:
      pthread_rwlock_init
      pthread_rwlock_destroy
      
      加锁及解锁
      pthread_rwlock_rdlock
      pthread_rwlock_wrlock
      pthread_rwlock_unlock  
      
      尝试加锁
      pthread_rwlock_tryrdlock
      pthread_rwlock_trywrlock
      
    4)条件变量
      数据类型 pthread_cond_t
      需要和互斥变量一起使用，受到互斥变量的保护
      静态初始化 赋值常量 PTHREAD_COND_INITIALIZER
      动态初始化和释放
      pthread_cond_init pthread_cond_destroy
      
      作用：
      给多个线程提供了一个会合的场所，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生
      
      pthread_cond_wait  
        目的： 是通过互斥量的保护，讲线程加入到某个等待条件的线程队列里面去
        过程：  进入函数前，对互斥量加锁
                 函数内部，将线程加入到队列并解锁
                 函数返回，再次对互斥量加锁
      pthread_cond_timedwait
          同上，但是有个时间等待限制,时间是绝对值,即具体的时刻,数据类型 timespec
      唤醒等待条件的线程：
      pthread_cond_signal 唤醒等待某个条件的一个线程
      pthread_cond_broadcast 唤醒等待某个条件的所有线程
     
      学习条件变量用法的2个例子
      http://www.cnblogs.com/yuallen/archive/2010/05/18/1738139.html
      http://www.cnblogs.com/hnrainll/archive/2011/05/01/2033903.html
      
      
 
三 线程控制
   
   1)线程属性
     a)数据类型 pthread_attr_t
     b)初始化及释放属性结构 pthread_attr_init  pthread_attr_destroy
     c)获取或设置线程分离状态 pthread_attr_setdetachstate      pthread_attr_getdetachstate
       有2种可选的状态值:
       PTHREAD_CREATE_DETACHED   分离状态
       PTHREAD_CREATE_JOINABLE   正常状态，可以使用pthread_join来获取状态
     d)应该获取pthread_atr_destroy的返回值，因为使用pthread_attr_init初始化的时候可能分配有内存，如果释放内存失败的话，
       会造成内存泄漏
     e)控制线程栈的空间的大小
       需求：多个线程的栈空间累计超过了进程的可用虚拟地址空间
             线程调用函数的自动变量很多，或者递归很深
       1)管理stackaddr线程属性，管理stacksize线程属性
       pthread_attr_getstack
       pthread_attr_setstack  
       2)获取或设置线程栈的大小
       pthread_attr_setstacksize  系统帮助分配内存，自己不用管
       pthread_attr_getstacksize
       3)线程栈的保护
       默认大小为宏PAGESIZE,但修改了栈属性后，这个值就会变成0
       pthread_attr_getguardsize
       pthread_attr_setguardsize
     f)线程属性-并发度
       pthread_attr_setconcurency
       pthread_attr_getconcurency
     
   2)实现同步的3种方式中的对象的属性
     a)互斥量属性 pthread_mutexattr_t
       1)初始化及释放  pthread_mutexattr_init pthread_mutexattr_destroy
       2)进程共享属性
         获取与设置共享属性 pthread_mutexattr_getpshared   pthread_mutexattr_setpshared
         PTHREAD_PROCESS_PRIVAE 进程内的多个线程可以访问同一个同步对象
         PTHREAD_PROCESS_SHARED 多个进程可以共享同一块内存区域  内存共享技术
         
     b)互斥量类型属性
         PTHREAD_MUTEX_NORMAL   标准的互斥量类型，不做错误检查或死锁检查
         PTHREAD_MUTEX_DEFAULT  依赖于操作系统提供到其他类型的映射
         PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK 提供错误检查
         PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 允许多次加锁，但是需要解锁对应次数 tmd，这个类型叫做递归锁
         获取与设置互斥量类型属性
         pthread_mutexattr_gettype  pthread_mutexattr_settype
         
     c)读写锁属性 pthread_rwlockattr_t
        只支持进程共享属性
     d)条件变量属性pthread_condattr_t
        只支持进程共享属性
        
        
 四 线程重入
     1)线程安全：如果一个函数同一时刻可以被多个线程安全地调用
     2)系统是否支持线程安全函数  sysconf(_POSIX_THREAD_SAFE_FUNCTIONS)
     3)异步-信号安全：如果函数对异步信号处理程序的重入是安全的
     4)锁文件的3个函数
       flockfile  ftrylockfile   funlockfile
       该锁是递归锁
     5)确保函数在进程里面只被调用一次
       pthread_once_t var = PTHREAD_ONCE_INIT;
       pthread_once(&var, function);
 
 五 线程私有数据
     1)需要的数据类型: pthread_key_t
     2)创建私有数据的步骤
        pthread_key_t key;      
       a)pthread_key_create(&key, 清理函数地址) 一般通过pthread_once确保函数只被执行一次，变量只被初始化一次
       b)char* addr = pthread_getspecific(&key)
       c)为addr分配内存 malloc
       d)pthread_setspecific(&key, addr);
       e)pthread_key_delete删除key
       f)线程退出，执行清理函数地址

 六 线程取消
     1)线程可以被设置为是否可取消
       pthread_setcancelstate(int state, int* oldstate)
     2)pthread_cancel只是一个申请，只有线程到达了取消点才会取消.
     3)延迟取消pthread_testcancel, 适合于没有取消点的函数
     4)设置取消的类型pthread_setcanceltype
     
     
 七 线程与IO
     pread,pwrite 原子io操作
 八 线程与信号
 
    每个线程有自己的信号屏蔽字，但是他们共享  
    1)相同的信号处理函数 2)该信号与某函数的绑定，一个信号绑定到某个函数，这个被所有线程共享, 他们只能看到一个
    多个线程公用进程的信号屏蔽机制，除了2种情况以外：
    硬件故障的信号与计时器超时的信号，只递送给某个线程，其它的信号会发送给所有线程
    pthread_sigmask
    sigwait 等待信号发送.  一般操作需要先阻塞信号，sigwait调用会取消信号的阻塞状态，直到新信号到来
    pthread_kill
    sigwait(sigset_t*, int* signo)
    sigwait的参数2表示捕获到的信号值
    
    
 九 线程与fork
    pthread_atfork,理论内容相当多，过滤掉
    
    
 
 十   同一进程的所有线程共享同一个计时器
 十一 同一进程的所有线程共享相同的文件描述符