多線程編程課件.ppt

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1、多線程編程本章目標(biāo)：掌握Linux中線程的基本概念掌握Linux中線程的創(chuàng)建及使用能夠獨(dú)立編寫多線程程序能夠處理多線程中的變量問題能夠處理多線程中的同步文件8.1Linux下線程概述8.1.1線程概述進(jìn)程是系統(tǒng)中程序執(zhí)行和資源分配的基本單位。每個(gè)進(jìn)程都擁有自己的數(shù)據(jù)段、代碼段和堆棧段，這就造成了進(jìn)程在進(jìn)行切換等操作時(shí)都需要有比較負(fù)責(zé)的上下文切換等動(dòng)作。為了進(jìn)一步減少處理機(jī)的空轉(zhuǎn)時(shí)間支持多處理器和減少上下文切換開銷，進(jìn)程在演化中出現(xiàn)了另一個(gè)概念——線程。它是一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的基本調(diào)度單位，也可以稱為輕量級(jí)進(jìn)程。線程是在共享內(nèi)存空間中并發(fā)的多道執(zhí)行路徑，它們共享一個(gè)進(jìn)程的資源，如文件描述和信

2、號(hào)處理。因此，大大減少了上下文切換的開銷。同進(jìn)程一樣，線程也將相關(guān)的變量值放在線程控制表內(nèi)。一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程，也就是有多個(gè)線程控制表及堆棧寄存器，但卻共享一個(gè)用戶地址空間。要注意的是，由于線程共享了進(jìn)程的資源和地址空間，因此，任何線程對(duì)系統(tǒng)資源的操作都會(huì)給其他線程帶來影響，因此，多線程中的同步就是非常重要的問題了。在多線程系統(tǒng)中，進(jìn)程與線程的關(guān)系如表8.1所示。8.1.2線程分類線程按照其調(diào)度者可以分為用戶級(jí)線程和核心級(jí)線程兩種。（1）用戶級(jí)線程用戶級(jí)線程主要解決的是上下文切換的問題，它的調(diào)度算法和調(diào)度過程全部由用戶自行選擇決定，在運(yùn)行時(shí)不需要特定的內(nèi)核支持。在這里，操作系統(tǒng)

3、往往會(huì)提供一個(gè)用戶空間的線程庫(kù)，該線程庫(kù)提供了線程的創(chuàng)建、調(diào)度、撤銷等功能，而內(nèi)核仍然僅對(duì)進(jìn)程進(jìn)行管理。如果一個(gè)進(jìn)程中的某一個(gè)線程調(diào)用了一個(gè)阻塞的系統(tǒng)調(diào)用，那么該進(jìn)程包括該進(jìn)程中的其他所有線程也同時(shí)被阻塞。這種用戶級(jí)線程的主要缺點(diǎn)是在一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程的調(diào)度中無法發(fā)揮多處理器的優(yōu)勢(shì)。（2）核心級(jí)線程這種線程允許不同進(jìn)程中的線程按照同一相對(duì)優(yōu)先調(diào)度方法進(jìn)行調(diào)度，這樣就可以發(fā)揮多處理器的并發(fā)優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在大多數(shù)系統(tǒng)都采用用戶級(jí)線程與核心級(jí)線程并存的方法。一個(gè)用戶級(jí)線程可以對(duì)應(yīng)一個(gè)或幾個(gè)核心級(jí)線程，也就是“一對(duì)一”或“多對(duì)一”模型。這樣既可滿足多處理機(jī)系統(tǒng)的需要，也可以最大限度地減少調(diào)度開

4、銷。8.2Linux線程實(shí)現(xiàn)8.2.1線程基本操作1．線程創(chuàng)建和退出（1）函數(shù)說明線程創(chuàng)建:pthread_create。線程退出:(1)在線程創(chuàng)建以后，就開始運(yùn)行相關(guān)的線程函數(shù)，在該函數(shù)運(yùn)行完之后，該線程也就退出了，這也是線程退出一種方法。(2)另一種退出線程的方法是使用函數(shù)pthread_exit。由于exit的作用是使調(diào)用進(jìn)程終止，往往一個(gè)進(jìn)程包含多個(gè)線程，因此，在使用exit之后，該進(jìn)程中的所有線程都終止了。因此，在線程中就可以使用pthread_exit來代替進(jìn)程中的exit。線程退出之后，退出線程所占用的資源并不會(huì)隨著線程的終止而得到釋放。pthread_join()函

5、數(shù)。pthread_join可以用于將當(dāng)前線程掛起，等待線程的結(jié)束。這個(gè)函數(shù)是一個(gè)線程阻塞的函數(shù)，調(diào)用它的函數(shù)將一直等待到被等待的線程結(jié)束為止，當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，被等待線程的資源就被收回。（2）函數(shù)格式如：pthread_create(&id3,NULL,(void*)thread3,&tmp);（3）函數(shù)使用以下實(shí)例中創(chuàng)建了兩個(gè)線程，其中第一個(gè)線程是在程序運(yùn)行到中途時(shí)調(diào)用pthread_exit函數(shù)退出，第二個(gè)線程正常運(yùn)行退出。在主線程中收集這兩個(gè)線程的退出信息，并釋放資源。從這個(gè)實(shí)例中可以看出，這兩個(gè)線程是并發(fā)運(yùn)行的。gcc-othth.c-lpthread(編譯的時(shí)候要加入線程庫(kù)

6、)/*1threadAndProcess.c*/8.2.2線程訪問控制由于線程共享進(jìn)程的資源和地址空間，因此在對(duì)這些資源進(jìn)行操作時(shí)，必須考慮到線程間資源訪問的惟一性問題，這里主要介紹POSIX中線程同步的方法，主要有互斥鎖和信號(hào)量的方式。1．mutex互斥鎖線程控制（1）函數(shù)說明mutex是一種簡(jiǎn)單的加鎖的方法來控制對(duì)共享資源的存取。這個(gè)互斥鎖只有兩種狀態(tài)，也就是上鎖和解鎖.可以把互斥鎖看作某種意義上的全局變量。在同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程掌握某個(gè)互斥上的鎖，擁有上鎖狀態(tài)的線程能夠?qū)蚕碣Y源進(jìn)行操作。若其他線程希望上鎖一個(gè)已經(jīng)上鎖了的互斥鎖，則該線程就會(huì)掛起，直到上鎖的線程釋放掉互斥

7、鎖為止?？梢哉f，這把互斥鎖使得共享資源按序在各個(gè)線程中操作。互斥鎖的操作主要包括以下幾個(gè)步驟?；コ怄i初始化：pthread_mutex_init互斥鎖上鎖：pthread_mutex_lock互斥鎖判斷上鎖：pthread_mutex_trylock（如果已經(jīng)上鎖，則返回EBUSY；如果沒上鎖，則給它上鎖，成功為0，不成功為其他值）互斥鎖解鎖：pthread_mutex_unlock消除互斥鎖：pthread_mutex_destroy互斥鎖可以分為:快速鎖:指調(diào)用線