Linux 多线程编程

来源：互联网发布：知向濂洛之学编辑：程序博客网时间：2024/06/05 18:24

进程是系统中程序执行和资源分配的基本单位。每个进程都拥有自己的

数据段、代码段和堆栈段，这就造成了进程在进行切换等操作时都需要有比较负责的上下文

切换等动作。为了进一步减少处理机的空转时间支持多处理器和减少上下文切换开销，进程

在演化中出现了另一个概念——线程。它是一个进程内的基本调度单位，也可以称为轻量级

进程。线程是在共享内存空间中并发的多道执行路径，它们共享一个进程的资源，如文件描

述和信号处理。因此，大大减少了上下文切换的开销。

同进程一样，线程也将相关的变量值放在线程控制表内。一个进程可以有多个线程，也就

是有多个线程控制表及堆栈寄存器，但却共享一个用户地址空间。要注意的是，由于线程共享

了进程的资源和地址空间，因此，任何线程对系统资源的操作都会给其他线程带来影响，因此，

多线程中的同步就是非常重要的问题了。

线程分类

线程按照其调度者可以分为用户级线程和核心级线程两种。

（1）用户级线程

用户级线程主要解决的是上下文切换的问题，它的调度算法和调度过程全部由用户自行

选择决定，在运行时不需要特定的内核支持。在这里，操作系统往往会提供一个用户空间的

线程库，该线程库提供了线程的创建、调度、撤销等功能，而内核仍然仅对进程进行管理。

如果一个进程中的某一个线程调用了一个阻塞的系统调用，那么该进程包括该进程中的其他

所有线程也同时被阻塞。这种用户级线程的主要缺点是在一个进程中的多个线程的调度中无

法发挥多处理器的优势。

（2）核心级线程

这种线程允许不同进程中的线程按照同一相对优先调度方法进行调度，这样就可以发挥

多处理器的并发优势。

现在大多数系统都采用用户级线程与核心级线程并存的方法。一个用户级线程可以对应

一个或几个核心级线程，也就是“一对一”或“多对一”模型。这样既可满足多处理机系统

的需要，也可以最大限度地减少调度开销。

1. 线程属性：

使用pthread_attr_t类型表示，我们需要对此结构体进行初始化，

初始化后使用，使用后还要进行去除初始化！

pthread_attr_init:初始化

pthread_attr_destory:去除初始化

#include <pthread.h>

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

若成功返回0，若失败返回-1。

pthread_attr_init之后，pthread_t结构所包含的内容就是操作系统实现

支持的线程所有属性的默认值。

如果pthread_attr_init实现时为属性对象分配了动态内存空间，

pthread_attr_destroy还会用无效的值初始化属性对象，因此如果经

pthread_attr_destroy去除初始化之后的pthread_attr_t结构被

pthread_create函数调用，将会导致其返回错误。

线程属性结构如下：

typedef struct

{

int detachstate; 线程的分离状态

int schedpolicy; 线程调度策略

struct sched_param schedparam; 线程的调度参数

int inheritsched; 线程的继承性

int scope; 线程的作用域

size_t guardsize; 线程栈末尾的警戒缓冲区大小

int stackaddr_set;

void * stackaddr; 线程栈的位置

size_t stacksize; 线程栈的大小

}pthread_attr_t;

下面主要讨论此结构体！！！

2. 分离状态:

线程的分离状态决定一个线程以什么样的方式来终止自己。

我们已经在前面已经知道，在默认情况下线程是非分离状态的，这种情况

下，原有的线程等待创建的线程结束。只有当pthread_join() 函数返回

时，创建的线程才算终止，才能释放自己占用的系统资源。

分离线程没有被其他的线程所等待，自己运行结束了，线程也就终止了，

马上释放系统资源。

通俗的说也就是：我们知道一般我们要等待(pthread_join)一个线程的结束，

主要是想知道它的结束状态，否则等待一般是没有什么意义的！但是if有一

些线程的终止态我们压根就不想知道，那么就可以使用“分离”属性，那么我

们就无须等待管理，只要线程自己结束了，自己释放src就可以咯！这样更

方便！

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t * attr, int * detachstate);

int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t * attr, int detachstate);

参数：attr:线程属性变量

detachstate:分离状态属性

若成功返回0，若失败返回-1。

设置的时候可以有两种选择：

<1>.detachstate参数为：PTHREAD_CREATE_DETACHED 分离状态启动

<2>.detachstate参数为：PTHREAD_CREATE_JOINABLE 正常启动线程

3. 线程的继承性：

函数pthread_attr_setinheritsched和pthread_attr_getinheritsched分别用来设

置和得到线程的继承性!

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getinheritsched(const pthread_attr_t *attr,int *inheritsched);

int pthread_attr_setinheritsched(pthread_attr_t *attr,int inheritsched);

参数：

attr 线程属性变量

inheritsched 线程的继承性

若成功返回0，若失败返回-1。

请注意：

继承性决定调度的参数是从创建的进程中继承还是使用在

schedpolicy和schedparam属性中显式设置的调度信息。

线程没有默认的继承值设置，所以如果关心线程的调度策略和参数，

只能手动设置！

可设置参数：

PTHREAD_INHERIT_SCHED：新的线程继承创建线程的策略和参数！

PTHREAD_EXPLICIT_SCHED：新的线程继承策略和参数来自于

schedpolicy和schedparam属性中显式

设置的调度信息！

>>>>>: 下面补充线程调度策略和调度参数：

<1>.调度策略：

函数pthread_attr_setschedpolicy和pthread_attr_getschedpolicy分别用

来设置和得到线程的调度策略。

int pthread_attr_getschedpolicy(const pthread_attr_t *, int * policy)

int pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_*, int policy)

参数：

attr 线程属性变量

policy 调度策略

若成功返回0，若失败返回-1。

所谓调度策略也就是我们之前在OS中所学过的那些调度算法：

SCHED_FIFO ：先进先出

SCHED_RR ：轮转法

SCHED_OTHER ：其他方法

SCHED_OTHER是不支持优先级使用的,而SCHED_FIFO和SCHED_RR

支持优先级的使用,他们分别为1和99,数值越大优先级越高.

注意：

> 此处的SCHED_FIFO是允许被高优先级抢占的！

> 也就是有高优先级的必须先运行

> SCHED_RR是设置一个时间片

> 当有SCHED_FIFO或SCHED_RR策赂的线程在一个条件变量

上等持或等持加锁同一个互斥量时，它们将以优先级顺序被唤

醒。即，如果一个低优先级的SCHED_FIFO线程和一个高优先

织的SCHED_FIFO线程都在等待锁相同的互斥且，则当互斥量

被解锁时，高优先级线程将总是被首先解除阻塞。

<2>.调度参数：

函数pthread_attr_getschedparam 和pthread_attr_setschedparam分别

用来设置和得到线程的调度参数。

int pthread_attr_getschedparam(const pthread_attr_t *,struct

sched_param *);

int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t *,const struct

sched_param *);

参数：

attr 线程变量属性

param sched_parm 结构体

若成功返回0，若失败返回-1。

/usr/include /bits/sched.h

struct sched_param

{

int sched_priority; //!> 参数的本质就是优先级

};

注意：大的权值对应高的优先级!

系统支持的最大和最小的优先级值可以用函数：

sched_get_priority_max和sched_get_priority_min得到！

#include <pthread.h>

int sched_get_priority_max( int policy );

int sched_get_priority_min( int policy );

参数：max_：系统支持的优先级的最小值

min_ ：系统支持的优先级的最大值

使用：max_ = sched_get_priority_max( policy );

min_ = sched_get_priority_min( policy );

注意参数是policy调用策略，也就是说对于不同的策略的值是不

一样的！

附录：来自

http://www.yuanma.org/data/2006/0823/article_1392.htm

policy = SCHED_OTHER

max_priority = 0

min_priority = 0

Show SCHED_FIFO of priority

max_priority = 99

min_priority = 1

Show SCHED_RR of priority

max_priority = 99

min_priority = 1

Show priority of current thread

priority = 0

3. 线程的作用域：

函数pthread_attr_setscope和pthread_attr_getscope分别

用来设置和得到线程的作用域。

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getscope( const pthread_attr_t * attr, int * scope );

int pthread_attr_setscope( pthread_attr_t*, int scope );

参数：

attr 线程属性变量

scope 线程的作用域

若成功返回0，若失败返回-1。

作用域控制线程是否在进程内或在系统级上竞争资源，可能的值是

PTHREAD_SCOPE_PROCESS（进程内竞争资源）

PTHREAD_SCOPE_SYSTEM （系统级竞争资源）。

4. 线程堆栈的大小

函数pthread_attr_setstackaddr和pthread_attr_getstackaddr分别用来设置和得

到线程堆栈的位置。

int pthread_attr_getstacksize(const pthread_attr_t *,size_t * stacksize);

int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr ,size_t *stacksize);

参数：attr 线程属性变量

stacksize 堆栈大小

若成功返回0，若失败返回-1。

5. 线程堆栈的地址

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getstackaddr(const pthread_attr_t *attr,void **stackaddf);

int pthread_attr_setstackaddr(pthread_attr_t *attr,void *stackaddr);

参数：attr 线程属性变量

stackaddr 堆栈地址

若成功返回0，若失败返回-1。

注意：pthread_attr_getstackaddr已经过期，现在使用的是：pthread_attr_getstack

6. 警戒缓冲区

函数pthread_attr_getguardsize和pthread_attr_setguardsize分别用来设置和得

到线程栈末尾的警戒缓冲区大小。

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getguardsize(const pthread_attr_t *restrict attr,size_t *restrict

guardsize);

int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *attr ,size_t *guardsize);

若成功返回0，若失败返回-1。

值得注意：

线程属性guardsize控制着线程栈末尾之后以避免栈溢出的扩展内存

大小。这个属性默认设置为PAGESIZE个字节。可以把guardsize线

程属性设为0，从而不允许属性的这种特征行为发生：在这种情况

下不会提供警戒缓存区。同样地，如果对线程属性stackaddr作了

修改，系统就会认为我们会自己管理栈，并使警戒栈缓冲区机制无

效，等同于把guardsize线程属性设为0。