多线程编程之Linux环境下的多线程(一)

一、Linux环境下的线程

  相对于其他操作系统,Linux系统内核只提供了轻量级进程的支持,并未实现线程模型。Linux是一种“多进程单线程”的操作系统,Linux本身只有进程的概念,而其所谓的“线程”本质上在内核里仍然是进程。

进程是资源分配的单位,同一进程中的多个线程共享该进程的资源(如作为共享内存的全局变量)。Linux中所谓的“线程”只是在被创建时clone了父进程的资源,因此clone出来的进程表现为“线程”,这一点一定要弄清楚。因此,Linux“线程”这个概念只有在打冒号的情况下才是最准确的。

  目前Linux中最流行的线程机制为LinuxThreads,所采用的就是线程-进程“一对一”模型,调度交给核心,而在用户级实现一个包括信号处理在内的线程管理机制。LinuxThreads由Xavier Leroy负责开发完成,并已绑定在GLIBC中发行,它实现了一种BiCapitalized面向Linux的Posix 1003.1c “pthread”标准接口。Linuxthread可以支持Intel、Alpha、MIPS等平台上的多处理器系统。

  需要注意的是,Linuxthread线程模型存在一些缺陷,尤其是在信号处理、调度和进程间同步原语方面都存在问题。并且,这个线程模型也不符合POSIX标准的要求。为了解决LinuxThread的缺陷,RedHat开发了一套符合POSIX标准的新型线程模型:NPTL(Native POSIX Thread Library)。关于Linuxthread与NPTL的比较,请参考文章:Linux 线程模型的比较:LinuxThreads 和 NPTL

二、Linux环境下的多线程编译支持

  按照POSIX 1003.1c 标准编写的程序与Linuxthread 库相链接即可支持Linux平台上的多线程,在程序中需包含头文件pthread. h,在编译链接时使用命令:

gcc -D -REENTRANT -lpthread xxx. c

  其中-REENTRANT宏使得相关库函数(如stdio.h、errno.h中函数) 是可重入的、线程安全的(thread-safe),-lpthread则意味着链接库目录下的libpthread.a或libpthread.so文件。  

  在一个多线程程序里,默认情况下,只有一个errno变量供所有的线程共享。在一个线程准备获取刚才的错误代码时,该变量很容易被另一个线程中的函数调用所改变。类似的问题还存在于fputs之类的函数中,这些函数通常用一个单独的全局性区域来缓存输出数据。

为解决这个问题,需要使用可重入的例程。可重入代码可以被多次调用而仍然工作正常。编写的多线程程序,通过定义宏_REENTRANT来告诉编译器我们需要可重入功能,这个宏的定义必须出现于程序中的任何#include语句之前。

_REENTRANT为我们做三件事情,并且做的非常优雅:

(1)它会对部分函数重新定义它们的可安全重入的版本,这些函数名字一般不会发生改变,只是会在函数名后面添加_r字符串,如函数名gethostbyname变成gethostbyname_r。

(2)stdio.h中原来以宏的形式实现的一些函数将变成可安全重入函数。

(3)在error.h中定义的变量error现在将成为一个函数调用,它能够以一种安全的多线程方式来获取真正的errno的值。

三、Linux环境下的多线程函数

 3.1 线程创建

  在进程被创建时,系统会为其创建一个主线程,而要在进程中创建新的线程,则可以调用pthread_create函数:

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);

  参数说明:

  • thread:指向pthread_create类型的指针,用于引用新创建的线程。
  • attr:用于设置线程的属性,一般不需要特殊的属性,所以可以简单地设置为NULL。
  • start_routine:传递新线程所要执行的函数地址。
  • arg:新线程所要执行的函数的参数。

  返回值:

  调用如果成功,则返回值是0;如果失败则返回错误代码。

  每个线程都有自己的线程ID,以便在进程内区分。线程ID在pthread_create调用时回返给创建线程的调用者;一个线程也可以在创建后使用pthread_self()调用获取自己的线程ID:

pthread_self (void);

3.2 线程退出

  线程的退出方式有三种:

(1)执行完成后隐式退出;

(2)由线程本身显示调用pthread_exit 函数退出;

pthread_exit (void * retval);

(3)被其他线程用pthread_cance函数终止:

pthread_cancel (pthread_t thread);

  如果一个线程要等待另一个线程的终止,可以使用pthread_join函数,该函数的作用是调用pthread_join的线程将被挂起直到线程ID为参数thread的线程终止:

pthread_join (pthread_t thread, void** threadreturn);

3.3 简单的多线程示例

  一个简单的Linux多线程示例如下:

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void *thread_function(void *arg);

char message[] = "Hello World";

int main()
{
    int res;
    pthread_t a_thread;
    void *thread_result;

    res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, (void *)message);
    if (res != 0)
    {
        perror("Thread creation failed!");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Waiting for thread to finish.../n");

    res = pthread_join(a_thread, &thread_result);
    if (res != 0)
    {
        perror("Thread join failed!/n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Thread joined, it returned %s/n", (char *)thread_result);
    printf("Message is now %s/n", message);

    exit(EXIT_FAILURE);
}

void *thread_function(void *arg)
{
    printf("thread_function is running. Argument was %s/n", (char *)arg);
    sleep(3);
    strcpy(message, "Bye!");
    pthread_exit("Thank you for your CPU time!");
}

  编译语句如下:

gcc -D_REENTRANT thread1.c -o thread1 –lpthread

  输出结果是:

$./thread1[输出]:
thread_function is running. Argument was Hello World
Waiting for thread to finish...
Thread joined, it returned Thank you for your CPU time!
Message is now Bye!

  在这个例子中,pthread_exit(void *retval)本身返回的就是指向某个对象的指针,因此,pthread_join(pthread_t th, void **thread_return);中的thread_return是二级指针,指向线程返回值的指针。可以看到,我们创建的新线程修改的数组message的值,而原先的线程也可以访问该数组。如果我们调用的是fork而不是pthread_create,就不会有这样的效果了。因为fork创建子进程之后,子进程会拷贝父进程,两者分离,相互不干扰,而线程之间则是共享进程的相关资源。

小结:

  本文主要讲了Linux环境下的多线程基本概念,包括多线程的实现方式、函数接口、功能特性等。

时间: 2024-10-11 03:29:13

多线程编程之Linux环境下的多线程(一)的相关文章

多线程编程之Linux环境下的多线程(三)

前面两篇文章都讲述了Linux环境下的多线程编程基础知识,也附带了典型实例.本文主要比较一下Linux环境与Windows环境下的多线程编程区别. 看待技术问题要瞄准其本质,不管是WIN32.Linux还是VxWorks,其涉及到多线程的部分都是那些内容,无非就是线程控制和线程通信,它们的许多函数只是名称不同,其实质含义是等价的,下面我们来列个三大操作系统共同点详细表单: 事项 WIN32 Linux VxWorks 线程创建 CreateThread pthread_create taskSp

多线程编程之Linux环境下的多线程(二)

上一篇文章中主要讲解了Linux环境下多线程的基本概念和特性,本文将说明Linux环境下多线程的同步方式. 在<UNIX环境高级编程>第二版的“第11章 线程”中,提到了三种基本的同步机制:互斥.读写锁.条件变量.下面分别针对这三种机制进行说明: 一.线程互斥 互斥意味着具有“排它性”,即两个线程不能同时进入被互斥保护的代码.Linux下可以通过pthread_mutex_t 定义互斥体机制完成多线程的互斥操作,该机制的作用是对某个需要互斥的部分,在进入时先得到互斥体,如果没有得到互斥体,表明

多线程编程之Windows环境下创建新线程

在 Win32 API 中,创建线程的基本函数是 CreateThread,而 _beginthread(ex) 是C++ 运行库的函数.为什么要有两个呢?因为C++ 运行库里面有一些函数使用了全局量,如果使用 CreateThread 的情况下使用这些C++ 运行库的函数,就会出现不安全的问题.而 _beginthreadex 为这些全局变量做了处理,使得每个线程都有一份独立的"全局"量. 所以,如果你的编程只调用 Win32 API/SDK ,就放心用 CreateThread:如

iOS多线程编程之Grand Central Dispatch(GCD)介绍和使用

介绍: Grand Central Dispatch 简称(GCD)是苹果公司开发的技术.以优化的应用程序支持多核心处理器和其它的对称多处理系统的系统.这建立在任务并行运行的线程池模式的基础上的.它首次公布在Mac OS X 10.6 ,iOS 4及以上也可用. 设计: GCD的工作原理是:让程序平行排队的特定任务.依据可用的处理资源,安排他们在不论什么可用的处理器核心上运行任务. 一个任务能够是一个函数(function)或者是一个block. GCD的底层依旧是用线程实现,只是这样能够让程序

【转载】iOS多线程编程之Grand Central Dispatch(GCD)介绍和使用

[转载]http://blog.csdn.net/totogo2010/article/details/8016129 iOS多线程编程之Grand Central Dispatch(GCD)介绍和使用 分类: iOS开发进阶2012-09-25 16:22 35382人阅读 评论(32) 收藏 举报 目录(?)[+] 介绍: Grand Central Dispatch 简称(GCD)是苹果公司开发的技术,以优化的应用程序支持多核心处理器和其他的对称多处理系统的系统.这建立在任务并行执行的线程

iOS 多线程编程之Grand Central Dispatch(GCD)

介绍: Grand Central Dispatch 简称(GCD)是苹果公司开发的技术,以优化的应用程序支持多核心处理器和其他的对称多处理系统的系统.这建立在任务并行执行的线程池模式的基础上的.它首次发布在Mac OS X 10.6 ,iOS 4及以上也可用. 设计: GCD的工作原理是:让程序平行排队的特定任务,根据可用的处理资源,安排他们在任何可用的处理器核心上执行任务. 一个任务可以是一个函数(function)或者是一个block. GCD的底层依然是用线程实现,不过这样可以让程序员不

C#多线程编程之:异步方法调用

异步方法 当一个线程调用方法后,直到方法执行完毕,线程才继续执行,这种方法被称为同步方法.然而,有些方法执行时间可能非常长,比如串口操作或访问网络,这样线程被阻塞,而无法响应用户的其他请求.这种情况通常是无法忍受的,所以这时我们应该使用异步方法. 异步方法的原理是,在方法调用前为异步方法指定一个回调函数,方法调用后被线程池中的一个线程接管,执行该方法.主线程立即返回,继续执行其他工作或响应用户请求.如果异步方法执行完毕,回调函数被自动执行,以处理异步方法的调用结果. 如何实现异步方法呢?C#通过

Android多线程编程之Handler篇(消息机制)

Android多线程编程之Handler篇(消息机制) Android的消息机制主要是指Handler的运行机制,Handler的运行需要底层的MessageQueue和Looper的支撑. MessageQueue 消息队列,以队列的形式(实为单链表结构)对外提供插入和删除的工作, Looper 以无限循环的形式不断获取MessageQueue中的消息,有则处理,无则等待. ThreadLocal ThreadLocal可以在不同的线程互不干扰的存储并提供数据,通过ThreadLocal可以很

iOS多线程编程之NSOperation和NSOperationQueue的使用(转自容芳志专栏)

转自由http://blog.csdn.net/totogo2010/ 使用 NSOperation的方式有两种, 一种是用定义好的两个子类: NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation. 另一种是继承NSOperation 如果你也熟悉Java,NSOperation就和java.lang.Runnable接口很相似.和Java的Runnable一样,NSOperation也是设计用来扩展的,只需继承重写NSOperation的一个方法main.相当与ja