LINUX
基础知识
1、线程的概念
上下文切换 : 运行程序前需要将相应进程信息读入内存，如果运行进程A后需要紧接着运行程序B，就应该讲进程A相关信息移出内存，并读入进程B相关信息。
为了保持多进程的优点，同时在一定程度上克服其缺点，人们引入了线程（Thread）.这是为了将进程的各种劣势降到最低限度而设计的一种“轻量级进程”。线程相比于进程的优点：
1.线程的创建和上下文切换比进程的创建和上下文切换更快。
2.线程间数据交换时无需特殊技术。
线程和进程的差异
- 每个进程的内存空间都由保存全局变量的“数据区”、向malloc等函数的动态分配提供空间的堆（Heap）、函数运行时使用的栈（Stack）构成。每个进程都拥有这种独立空间。
- 通过只分离栈（函数运行时使用）区域，可以获得如下优势：
1.上下文切换时不需要切换数据区和堆。
2.可以利用数据区和堆交换数据。
线程为了保持多条代码执行流而隔开了栈区域。 - 多个线程将共享数据区和堆。为了保持这种结构，线程将在进程内创建并运行。
进程：在操作系统构成单独执行流的单位。
线程：在进程构成单独执行流的单位。
2、线程创建及运行
- 线程创建
int pthread_create(
pthread_t * restrict thread,const pthread_attr_t *restrict attr,
void*(*start_routine)(void *),void *restrict arg
);
成功时返回0，失败时返回其他值。
参数解释：
1、thread: 保存新创建线程ID的变量地址值。线程与进程相同，也需要用于区分不同线程的ID。
2、attr:用于传递线程属性的参数，传递NULL时，创建默认属性的线程。
3、start_routine:相当于线程main函数的、在单独执行流中执行的函数地址值（函数指针）。
4、arg:通过第三个参数传递调用函数时包含传递参数信息的变量地址值。
实例：
#include
#include
#include
void * thread_main(void *arg);
int main(int argc,char * argv[])
{
pthread_t t_id;//存放新线程id
int thread_param = 5;
if(pthread_create(&t_id,NULL,thread_main,(void*)&thread_param) != 0)
{
puts("pthread_create() error!");
return -1;
}
sleep(10);
fputs("end of main");
return 0;
}
void * thread_main(void *arg)
{
int i;
int cnt = *((int *)arg);//传入的参数是(void *)&thread_param
for(i = 0;i < cnt;i++)
{
sleept(1);
puts("running main");
}
return NULL;
}
- 控制线程的执行流
int pthread_join(pthread_t thread,void ** status);
成功时返回0，失败时返回其他值。
参数解释：
1、thread: 该参数值ID的线程终止后才会从该函数返回。
2、status: 保存线程的main函数返回值的指针变量地址值。
调用该函数的进程（或线程）将进入等待状态，直到第一个参数为ID线程终止为止。
3、线程同步
任何内存空间，只要被同时访问，都可能发生为问题。P296 解释产生问题原因
互斥量（Mutex）【重点】
互斥量表示不允许多个线程同时访问。主要用于解决线程同步访问的问题。在同一个线程中，为了防止死锁，系统不允许连续两次对Mutex加锁。
信号量（Semaphore）【重点】
信号量可以分为：
- 二进制信号量(binary semaphore)：只允许信号量取0或1值，其同时只能被一个线程获取。
- 整型信号量（integer semaphore)：信号量取值是整数，它可以被多个线程同时获得，直到信号量的值变为0。
- 记录型信号量（record semaphore)：每个信号量s除一个整数值value（计数）外，还有一个等待队列List，其中是阻塞在该信号量的各个线程的标识。当信号量被释放一个，值被加一后，系统自动从等待队列中唤醒一个等待中的线程，让其获得信号量，同时信号量再减一。
互斥量和信号量的区别
- 互斥量用于线程的互斥，信号线用于线程的同步。
这是互斥量和信号量的根本区别，也就是互斥和同步之间的区别。
互斥：是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。
同步：是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源 - 互斥量值只能为0/1，信号量值可以为非负整数。
也就是说，一个互斥量只能用于一个资源的互斥访问，它不能实现多个资源的多线程互斥问题。信号量可以实现多个同类资源的多线程互斥和同步。当信号量为单值信号量是，也可以完成一个资源的互斥访问。 - 互斥量的加锁和解锁必须由同一线程分别对应使用，信号量可以由一个线程释放，另一个线程得到。
4、线程的销毁
Linux线程并不是在首次调用的线程main函数返回时自动销毁。
- pthread_join函数不仅会等待线程终止，还会引导线程销毁。但线程终止前，调用该函数的线程将进入阻塞状态。
- 调用pthread_detach
int pthread_detach(pthread_t thread);
成功时返回0，失败时返回其他值。
参数解释：
thread:终止的同时需要销毁的线程ID
调用上述函数不会引起线程终止或进入阻塞状态，可以通过该函数引导销毁线程创建的内存空间。
调用该函数后不能再针对相应线程调用pthread_join函数。
Windows
基础知识
1、内核对象（Kernel Objects）
- 操作系统创建的资源（Resource）有很多种，如进程、线程、文件及信号量、互斥量等。它们都是由Windows操作系统创建并管理的资源。
- 操作系统为了记录相关信息的方式管理各种资源，在其内部生成数据块（亦可视为结构体变量）。
- 每种资源需要维护的信息不同，所以每种资源拥有的数据块格式也有差异。这类数据块称为”内核对象“。
- 内核对象归操作系统所有
内核对象的创建、管理、销毁时机的决定等工作均由操作系统完成。
内核对象就是为了管理线程、文件等资源而由操作系统创建的数据块，其创建者和拥有者均为操作系统。
2、线程创建
HANDLE CreateThread(
LPSECURITY_ATTRIBUTES IpThreadAttributes,
SIZE_T dwStackSize,
LPTHREAD_STRART_ROUTINE IpStartAddress,
LPVOID IpParameter,
DWORD dwCreationFlags,
LPDWORD IpThread
);
成功时返回线程句柄（用于区分内核对象的整数型句柄），失败时返回NULL。
参数解释：
1.IpThreadAttributes 线程安全相关信息，使用默认设置时传递NULL
2.dwStartSie 要分配给线程的栈大小，传递0时生成默认大小的栈
3.IpStartAddress 传递线程的main函数信息
4.IpParameter 调用main函数时传递的参数信息
5.dwCreationFlags 用于指定线程创建后的行为，传递0时，线程创建后立即进入可执行状态
6.IpThreadId 用于保存线程ID的变量地址
####PS:句柄、内核对象和ID间的关系
> 线程也属于操作系统管理的资源，因此会伴随着内核对象的创建，并为了引用内核对象而返回**句柄**。
可以通过句柄区分内核对象，通过内核对象可以区分线程。线程句柄成为分区线程的工具。
**句柄的整数值在不同的进程中可能出现重复，但线程ID在跨进程范围内不会出现重复。**
####创建“使用线程安全标准C函数”的线程【一般使用此函数创建线程】
> uintptr_t _beginthreadex(
void * security,//NULL
unsigned stack_size,//0
unsigned (* start_address)(void *),
void * arglist,
unsigned initflag,
unsigned * thraddr
);
####3.内核对象的两种状态
- 资源类型不同，内核对象也含有不同的信息。应用程序实现过程中需要特别关注的信息被赋予某种“状态”（State）。
- 线程内核对象中需要重点关注线程是否已终止，所以终止状态又称“signaled状态”，未终止状态成为“non-signaled”状态。
- 进程或线程终止时，相应的内核对象会变为signaled状态。
> DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle,DWORD dwMilliseconds);
成功时返回事件信息,失败时返回WAIT_FAILED。（进入signaled状态返回WAIT_OBJECT_0，超时返回WAIT_TIMEOUT）
参数解释：
1.hHandle 查看状态的内核对象句柄
2.dwMilliseconds 以1/1000秒为单位指定超时，传递INFINITE时函数不会返回，知道内核对象变成signaled状态
>**该函数由于发生事件（变为signaled状态）返回时，有时会把相应内核对象再次改为non-signaled状态。这种可以再次进入non-signaled状态的内核对象成为“auto-reset”模式的内核对象，而不会自动跳转到non-signaled状态的内核对象成为“manual-reset模式”的内核对象。**
####4.用户模式（User mode）和内核模式（Kernal mode）
- Windows操作系统的运行方式（程序运行方式）是“双模式操作”（Dual-mode Operation）,这意味着Windows在运行过程中存在如下两种模式
1、用户模式：运行应用程序的基本模式，禁止访问物理设备，而且会限制访问的内存区域
2、内核模式：操作系统运行时的模式，不仅不会限制访问的内存区域，而且访问的硬件设备也不会受限
内核是操作系统的核心模块，可以简单定义为如下形式
1、用户模式：应用程序的运行模式
2、内核模式：操作系统的运行模式
Windows操作系统不会一直停留在用户模式，而是在用户模式和内核模式之间切换。
- 用户模式->内核模式->用户模式
从用户模式切换到内核模式是为了创建资源，从内核模式再次切换到用户模式时为了执行应用程序的剩余部分。
#####基于CRITICAL_SECTION的同步（用户模式的同步方法）
#####内核模式的同步方法
######（1）、基于互斥量（Mutual Exclusion）对象的同步
> 创建：
HANDLE CreateMutex(
LPSECURITY_ATTRIBUTES IpMutexAttributes,BOOL bInitialOwner,LPCTSTR IpName);
成功时返回创建的互斥量对象句柄，失败时返回NULL
参数解释：
1、IpMutexAttributes 传递安全相关的配置信息，使用个默认安全设置时可以传递NULL
2、bInitialOwner 如果为TRUE,则创建出的互斥量对象属于调用该函数的线程，同时进入non-signaled状态；如果为false,则创建出的互斥量对象不属于任何线程，此时状态为signaled。
3、IpName 用于命名互斥量对象。传入NULL时创建无名的互斥量对象。
销毁：
BOOL CloseHandle(HANDLE hObject);
成功时返回TRUE,失败时返回FALSE
- 获取和释放互斥量：
获取为WaitForSingleObject函数，释放为ReleaseMutex(HANDLE hMutex);
WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
...
ReleaseMutex(hMutex);
######（2）、基于信号量对象的同步
>创建：
HANDLE CreateSemaphore(
LPSECURITY _ATTRIBUTES IpSemaphoereAttributes,LONG lInitialCount,
LONG lMaximumCount,LPCTSTR IpName);
成功时返回创建的信号量对象的句柄，失败时返回NULL。
WaitForSingleObject(hSemaphore,INFINITE);
//临界区开始
...
//临界区结束
ReleaseSemaphore(hSemaphore,1,NULL);
######（3）、基于事件对象的同步
- 事件同步对象方法创建对象时，可以在自动以non-signaled状态运行的auto-reset模式和与之相法的manual-reset模式中任选其一。
- 事件对象的主要特点是可以创建manual-reset模式的对象。
> HANDLE CreateEvent(
LPSECURITY_ATTRIBUTES IpEventAttributes,BOOL bManualReset,
BOOL bInitialState,LPCTSTR IpName);
成功时返回创建的事件对象句柄，失败时返回NULL。
参数解释：
1、IpEventAttributes 安全配置相关参数，采用默认安全配置时传入NULL
2、bManualReset 传入TRUE时创建manual-reset模式的事件对象，传入FALSE时创建auto-reset模式的事件对象。
3、bInitialState 传入TRUE时创建signaled状态的事件对象，传入FALSE时创建non-signaled状态的事件对象。
4、IpName 用于命名事件对象。出入NULL时创建无名的事件对象。
BOOL ResetEvent(HANDLE hEvent);//to the non-signaled
BOOL SetEvent(HANDLE hEvent);//to the signaled