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1、LINUX C编程,教师：中国地质大学 朱静,第七讲 线程,线程概念的引入 线程及其管理 线程创建 线程终止,并发执行的进程具有两个基本的属性： （1）进程既是一个拥有资源的独立单位，它可独立分配虚地址空间、主存和其它系统资源； （2）进程又是一个可独立调度和分派的基本单位。 这两个基本属性使进程成为并发执行的基本单位。在一些OS中，象大多数UNIX系统、Linux等，进程同时具有这两个属性。而另一些OS中，象WinNT、Solaris、OS2、Mac OS等，这两个属性由OS独立处理。 为了区分两个属性，资源拥有单元称为进程（或任务），调度的单位称为线程。,线程概念的引入,【线程的定义】：
2、进程内一个CPU执行单元或一个可调度实体。 线程只拥有一点在运行中必不可省的资源（线程ID,程序计数器、一组寄存器、栈和线线程私有数据），但它可与同属一个进程的其它线程共享进程拥有的全部资源。 在多线程的操作系统中，处理机调度的基本单位是线程。一个进程可以有多个线程，而且至少有一个可执行线程。,线程概念的引入,【进程和线程的关系】： 线程是进程的一个组成部分。每个进程创建时通常只有一个线程，需要时可创建其他线程。 进程的多线程都在进程的地址空间活动。 资源是分给进程的，不是分给线程的。线程在执行中需要资源时，可从进程资源中划分。 处理机调度的基本单位是线程，线程之间竞争处理机。真正在CPU上运
3、行的是线程。 线程在执行时，需要同步。,线程及其管理,进程 控制块 PCB,用户地址空间,线程 控制块 TCB 用户栈 核心栈,线程 控制块 TCB 用户栈 核心栈,线程 控制块 TCB 用户栈 核心栈,多线程进程模块,线程A,线程B,线程C,多线程是OS在一个进程内支持多个线程的能力。,多线程模型,单线程与多线程的比较,Thread Control Block,User Stack,User Stack,Kernel Stack,Kernel Stack,User Address Space,User AddressSpace,Process Control Block,Process Co
4、ntrol Block,Thread,Single-Threaded Process Model,Multithreaded Process Model,Thread Control Block,User Stack,Kernel Stack,Thread,Thread Control Block,User Stack,Kernel Stack,Thread,【线程的特征】： 创建线程比创建进程快，且节省开销。 一个进程至少要有一个可执行线程,可以有多个线程。 参与竞争处理机的基本调度单位是线程。 线程调度程序是内核的主要成分,也是其主要功能之一。 一个线程可以创建它所需的其他线程。 一个线程
5、可以有就绪,等待,运行等状态。 方便而有效地实现并行性：进程可创建多个线程来执行同一个程序的不同部分。 用线程实现并行性比用进程实现更方便更有效。,线程及其管理,每个线程有一个线程ID 线程ID和进程ID的区别： 进程ID在整个系统中是唯一的，但线程ID只在它所属的进程环境中有效 线程ID相关系统调用 #include pthread_t pthread_self(void);获得线程自身ID int pthread_equal(pthread_t tid1,pthread_t tid2);比较两个线程ID是否相等,线程标识,#include pthread_t pthread_create(
6、pthread_t *restrict tidp,const pthread_attr_t *restrict attr,void *(*start_rtn)(void),void *restrict arg); 调用成功返回由tidp指向的线程ID，attr参数用于指定各种不同的线程属性，attr设为NULL表示创建默认属性的线程。新建线程从start_rtn函数的地址开始运行（该函数只有一个无类型指针参数arg，如果需要向start_rtn函数传递的参数不止一个，那么需要把这些参数放到一个结构中，并把这个结构的地址作为arg参数传入）。 调用失败返回错误码。 例：打印线程ID thread
7、id.c,线程创建,如果进程中的任一线程调用了exit,Exit或_exit，整个进程将会终止。 如果信号的默认动作是终止进程，那么把该信号发送到线程会终止整个进程 单个线程可以通过下列三种方式在不终止整个进程的情况下终止： 1，线程只是从例程中返回； 2，线程可以被同一进程中的其他线程取消； 3，线程调用pthread_exit；,线程终止,#include void pthread_exit(void *rval_ptr)； rval_ptr是一个无类型指针，与传递给pthread_create的单个参数类似。进程中的其他线程可以通过调用pthread_join函数访问到这个指针。 int
8、 pthread_join(pthread_t thread,void *rval_ptr); 调用这个函数的线程将一直阻塞，到指定的线程调用pthread_exit、从启动例程中返回或被取消。 例：获得线程退出状态 exitstatus.c,线程终止,当多个控制线程共享相同的内存时，需要确保每个线程看到一致的数据视图。当某个线程修改变量，而其他线程也可以读取或修改这个变量时，就需要对这些线程进行同步，以确保它们在访问变量的存储内容时不会访问到无效的值。 线程可以通过使用pthread的互斥接口保护数据，确保同一时间只有一个线程访问数据。 互斥变量用pthread_mutex_t数据类型来表示
9、。在使用互斥变量以前，必须首先对它进行初始化：可以通过把它设置为常量PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER（静态分配的互斥量），也可以通过调用pthread_mutex_init函数进行初始化。如果动态地分配互斥量（例如通过malloc函数），那么在释放内存前需要调用pthread_mutex_destroy,线程同步,#include int pthread_mutex_init(prhtread_mutex *restrict mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr); 要用默认的属性初始化互斥量，只需把attr设为NULL
10、。 int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); 对互斥量进行加锁和解锁 int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);,线程同步,对互斥量进行加锁要调用pthread_mutex_lock;如果互斥量已经上锁，则调用线程将阻塞直到互斥量被解锁。 对互斥量进行解锁要调用pthread_mute
11、x_unlock; 如果线程不希望被阻塞，可以使用pthread_mutex_trylock尝试对互斥量进行加锁，如果调用pthread_mutex_trylock时互斥量牌末锁住状态，那么pthread_mutex_trylock将锁住互斥量，不会出现阻塞并返回0，否则pthread_mutex_trylock调用失败，不能锁住互斥量，返回EBUSY。 例：使用互斥量保护数据结构 mutex1.c,线程同步,如果线程试图对同一个互斥量加锁两次，它自身就会陷入死锁状态。 使用互斥量时，其他更不明显的方式也能产生死锁，例如：程序中使用多个互斥量时，如果允许一个线程一直占有一个互斥量，并且在试图锁
12、住第二个互斥量时处于阻塞状态，但占有第二个互斥量的线程也在试图锁住第一个互斥量，这时就会发生死锁。 死锁避免： 1，可以通过小心地控制互斥量加锁的顺序来避免死锁的发生。 2，使用pthread_mutex_trylock避免死锁。,避免死锁,通过小心地控制互斥量加锁的顺序来避免死锁的发生。 所有线程按相同的顺序对互斥量进行加锁。只有在一个线程试图以与另一个线程相反的顺序锁住互斥量时，才可能出现死锁。 使用pthread_mutex_trylock避免死锁。 如果已经占有某些锁而且pthread_mutex_trylock返回成功，线程才可以前进，如果pthread_mutex_trylock不
13、能获取锁，可以先释放已经占有的锁，做好清理工作，过一段时间重新尝试。 例： 使用多个互斥量时避免死锁 mutex2.c,避免死锁,读写锁（也叫共享-独占锁）与互斥量相似，但读写锁允许更高的并行性。 读写锁可以有三种状态：读模式下加锁状态，写模式下加锁状态，不加锁状态。一次只有一个线程可以占有写模式的读写锁，但是可以有多个线程同时占有读模式的读写锁。 与互斥量一样，读写锁使用之前必须初始化，释放它们的底层内存之前必须先销毀。 int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, attr); int pthread_rwlock_d
14、estroy(pthread_rwlock_t *rwlock);,读写锁,读写锁的加锁与解锁 int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_trtwrlock(pthread_
15、rwlock_t *rwlock); 例：使用读写锁. rwlock.c,读写锁,条件变量是线程可用的另一种同步机制。条件变量与互斥量一起使用时，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。 int pthread_cond_init(); int pthread_cond_destroy(); int pthread_cond_wait(); int pthread_cond_timewait(); int pthread_cond_signal(); int pthread_cond_broadcast();,条件变量,条件变量是线程可用的另一种同步机制。条件变量与互斥量一起使用时，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。 int pthread_cond_init(); int pthread_cond_destroy(); int pthread_cond_wait(); int pthread_cond_timewait(); int pthread_cond_signal(); int pthread_cond_broadcast();,线程,
