Linux 執行緒簡單介紹

2021-07-24 18:42:48 字數 4875 閱讀 9139

在處理某些問題時,有時候會通過生成子程序來實現,但是,程序是昂貴的,利用子程序來處理相關問題需要很大的開銷,因此有時候需要執行緒來處理,執行緒可以看成的輕量的程序。

同一程序內的執行緒共享以下資料:

每個執行緒有各自的:

當乙個執行緒以exec執行時,稱為主線程或初始執行緒的執行緒就已經建立了,其他的執行緒由函式pthread_create() 建立。

// 返回值:成功則為0,出錯為相應的error值;

#include

int pthread_create((pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr, void *(*func)(void *), void *arg)

說明:thread:執行緒識別符號;

attr:執行緒屬性設定;一般為null預設;

arg:傳遞給func的引數;

返回值:成功,返回0;出錯,返回-1;

pthread_t: int or long ;

pthread_attr_t: 屬性結構體;

在任何乙個時間點上,執行緒是可結合的(joinable)或者是分離的(detached)。乙個可結合的執行緒能夠被其他執行緒收回其資源和殺死。在被其他執行緒**之前,它的儲存器資源(例如棧)是不釋放的。相反,乙個分離的執行緒是不能被其他執行緒**或殺死的,它的儲存器資源在它終止時由系統自動釋放。預設情況下,執行緒被建立成可結合的。為了避免儲存器洩漏,每個可結合執行緒都應該要麼被顯示地**,即呼叫pthread_join;要麼通過呼叫pthread_detach函式被分離。

int pthread_join(pthread_t tid, void **status)

功能:等待乙個給定執行緒tid終止;status非空則儲存tid返回值

返回值:成功則為0,出錯為相應的error值;

int pthread_detach(pthread_t tid);

功能:把指定的執行緒tid轉為脫離狀態;tid用於表示執行緒id標識,status若非空,則儲存所等待執行緒的返回值;只能等待指定id的執行緒,類似於程序中的waitpid函式;

說明:可以pthread_detach(pthread_self())來使自己分離,pthread_self返回本身的執行緒id;

返回值:成功則為0,出錯為相應的error值;

void pthread_exit(void *status);

功能: 退出執行緒;

int pthread_kill(pthread_t thread, int sig);

功能: 給執行緒thread傳送乙個訊號:sig;

說明: 接收訊號的執行緒必須先用sigaction函式註冊該訊號的處理函式;

pthread_t pthread_self(void);

函式作用:獲得執行緒自身的id。pthread_t的型別為unsigned

long

int,所以在列印的時候要使用%lu方式,否則顯示結果出問題。

執行緒中許多資料都是共享的,因此需要對共享資料進行相關的處理,防止執行緒間對共享資料進行非正常訪問和修改。主要的方式有互斥鎖、條件變數、訊號量等。

互斥鎖互斥鎖:訪問共享變數前需要先獲取互斥鎖,用於保護變數,使之在被乙個執行緒使用時不被其它執行緒訪問。

當乙個執行緒獲取了互斥鎖,那麼它將獨享這個鎖,對共享資料具有操作資格,其它執行緒在此時無法獲取這個互斥鎖,也就無法對共享資料進行操作,只有當這個鎖被釋放,其它執行緒才能夠開始競爭獲取這個鎖;也就是說在同一時刻,只有乙個執行緒處於執行狀態,其它的則在等待獲取互斥鎖或其它處理過程中。互斥鎖用pthread_mutex_t型別的資料變數來表示,使用前必須先進行初始化,可以將之設定為常量pthread_mutex_initializer,也可以通過函式pthread_mutex_init初始化,如果互斥鎖是動態分配的,則在釋放記憶體前需要呼叫pthread_mutex_destroy;

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,

const pthread_mutexattr_t *attr);

功能:初始化乙個互斥鎖mutex;

說明:使用預設屬性則attr設為null;

返回值:成功返回0,錯誤相應編號;

pthread_mutex_t: 互斥鎖型別結構;

pthread_mutexattr_t: 互斥鎖屬性結構;

int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mutex );

功能: 丟棄(釋放)乙個互斥鎖mutex;

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

功能: 分別為獲取鎖,嘗試獲取鎖,解鎖

說明: 引數mutex表示對應的互斥鎖指標;第二個函式呼叫不會阻塞執行緒,若互斥鎖還沒有被上鎖,那麼執行緒獲取這個鎖,否則返回ebusy,執行緒不會一直阻塞直到獲取互斥鎖;其它兩個函式一直阻塞直到成功返回;

返回值:成功返回0,錯誤相應編號;

互斥鎖的作用其實就是在**中建立乙個臨界區域,當執行緒需要訪問乙個共享變數時,先獲取互斥鎖,然後再進行操作,操作完畢之後,再釋放該互斥鎖;所有的執行緒在處理共享變數前都要執行相同的操作,這樣保證了變數在同一時刻只被乙個執行緒處理。簡單示例:

#include 

#include

#include

#define n 50

int counter;

pthread_mutex_t counter_mutex = pthread_mutex_initializer;

void *doit(void *arg);

int main(int argc, char **argv)

void *doit(void *arg)

return

null;

}

可以看到,上面的兩個執行緒在處理共享值counter之前都需要先獲取鎖。

注意在編譯此檔案時,需要新增引數-lpthread,原因在於pthread不是linux的預設庫,參考pthread_create編譯問題;

讀寫鎖:讀寫鎖與互斥量類似,但允許更高的並行性,有3種狀態:讀模式下加鎖,寫模式下加鎖,不加鎖,一次只有乙個執行緒可以占有寫模式的加鎖狀態,多個執行緒可以占有讀模式的加鎖狀態。適合資料結構讀的次數遠大於寫的情況。

自旋鎖:與互斥量類似,不通過休眠使執行緒阻塞,而在在獲取鎖之前處於忙等(自旋)阻塞狀態。可用於:鎖被持有的時間短,執行緒不希望在重新呼叫上花費太多成本。

條件變數

條件變數是另一種同步機制,通過條件來決定執行緒是否程序等待。即乙個執行緒執行時需要滿足某些條件才執行,但是通過不斷的迴圈來判斷條件是否滿足這樣十分的佔資源,可以通過乙個條件變數來實現;即建立乙個條件變數,當當前執行緒獲取到互斥鎖之後,執行到某一步就檢查條件變數(此時程序釋放鎖,其它程序獲取該鎖並執行操作,當操作完畢,釋放鎖並返回乙個訊號,通知前面的執行緒條件變數滿足,之前的執行緒就再一次獲取互斥鎖,繼續執行後面的操作,實質上是本執行緒是否繼續執行由其它執行緒來決定),當條件變數滿足,繼續執行。

條件變數用pthread_cond_t類似的資料表示,通過下面的函式進行初始化和銷毀;

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);

功能: 初始化乙個條件變數cond;

說明:attr為屬性指標,一般使用預設直接設為null;可以用常量pthread_cond_initializer來賦給靜態分配的條件變數;

返回值:成功則為0,失敗為錯誤編號;

pthread_cont_t: 條件變數結構

const pthread_condattr_t:條件變數屬性結構

int pthread_cond_destory(pthread_cond_t *cond);

功能: 銷毀乙個條件變數;

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

功能:傳送乙個訊號給另外乙個正在處於阻塞等待狀態的執行緒,使其脫離阻塞狀態,繼續執行,如果沒有執行緒處在阻塞等待狀態,pthread_cond_signal也會成功返回。

返回值:成功則為0,失敗為錯誤編號;

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

功能:喚醒所有等待該條件的執行緒;

返回值:成功則為0,失敗為錯誤編號;

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);

功能:等待條件變數,過程中釋放鎖並阻塞;

說明:mutex為當前執行緒獲取的互斥鎖指標,函式先對互斥量解鎖,當條件變數滿足函式返回時,互斥量再次被鎖住;

返回值:成功0,失敗對應錯誤碼;

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond,

thread_mutex_t *mutex,

const timespec *abstime);

說明:與第乙個功能類似,但設定了條件的等待時間;當時間到了條件還沒有滿足,那麼重新獲取互斥鎖,返回錯誤etimedout;abstime是乙個絕對時間,即當前時間加上等待的時長;pthread_cond_timewait即便是在時間超時的情況下一定會等到真正重新獲得mutex之後才會返回。

參考: 在linux中使用執行緒 ;

mutex和condition variable的區別是 mutex只能實現互斥訪問,但不能對資源計數啊,所以當有多個生產者和消費者時,只能用cond。

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