宋宝华Linux培训笔记-Linux多线程

1、POSIX标准多线程

发送给进程下一组线程的信号将被共享，被其中任意一个线程处理。同一进程创建的线程同生死，如果收到一个kill信号，这一组task_struce都会退出。

 

2、NPTL模型

内核采用线程组的概念，task_struct增加了tgid，发送信号时能够发送到同一进程下的所有线程，getid会为同一进程下的所有线程返回相同的进程ID。

如上图所示，所有线程虽然都有自己的pid，但是getpid返回值都为一个pid，称为tgid，在TOP命令中显示的就是TGid，如下图所示：

上面一个进程创建了两个线程，打印出来的pid都为6875，在top中显示出来的也是6875.

 

3、信号量

POSIX中对信号量的操作有下面几个函数

Sem_wait 减一操作，阻塞

Sem_trywait 减一操作，非阻塞模式

Sem_post 加一操作

信号量中经典的生产消费者问题

互斥锁为shard.mutex，拿到该锁才能对仓库进程操作，生产者增加库存，消费者减少库存。

线程中对互斥锁的操作函数如下
pthread_mutex_lock(&mutex)锁定互斥锁

Pthread_mutex_unlock(&mutex)打开互斥锁

可以通过gdb调试两个线程共享互斥锁，通过bt查看每个线程堆栈，再通过l function, p mutex_i判断互斥锁的当前拥有者。

上图中两个线程互相拥有对方的互斥锁。执行时会产生死锁，

通常处理rmw问题，确保读写不同时发生。

 

4、helgrind

在gcc 4.9之后，可以通过helgrind扫描线程故障，例如对同一变量写冲突不加锁。

这样在gcc 4.9之后不仅加入了内存检测，也加入了线程故障检测。

 

5、可重入与线程安全

可重入函数满足两个条件：第一是线程安全，第二是函数可软中断，执行完中断处理函数后再回头执行函数，结果仍然正确。

线程安全就是不会出现死锁情况，执行过程中不可能会崩溃。但是不满足可重入条件，如果被异步信号打断后执行结果可能会出错。要使线程安全函数变成可重入函数，需要将线程中全局变量等去掉，让线程只能访问临时变量。

目前linux中存在线程不安全函数，在单线程执行时没有问题，但是多线程执行时需要注意保护。

 

6、线程栈保护

在线程栈中插入保护页，如果指针落在保护页上，则进程崩溃，保护正常栈，防止越界。

Pthread_getschedualparam

 

7、优先级反转

优先级反转为高优先级进程被中等优先级进程抢占。

常见的情况是，低优先级先进入了临界区，高优先级到了想用临界区，需要等到低优先级执行完，此时来了中等优先级，中等优先级先执行，然后低优先级执行，还回锁，高优先级最后执行。

可以将低优先级继承高优先级属性，确保不会被中等优先级打断，在低优先级还回锁后再将优先级降低，这样确保高优先级可以立刻执行。

 

8、多线程编程

I/O原则，大量运算原则，确保CPU和I/O能够同时执行，不要互相等待。

工作组模型，常用于多核同时编译 make –j 4 4个核同时编译

线程池，一开始创建很多线程，将其睡眠，来一个任务唤醒一个线程，执行完后睡眠，减少了创建撤销线程的大量时间开销。

 

9、IO编程

采用AIO异步读取I/O数据，这样不需要CPU进行干预。实现CPU I/O并行。

 

10、系统调试

Top命令，按1后能看到每个核的运行情况

在top中需要关注load average，分别对应系统1分钟，5分钟，15分钟负载，正常1分钟负载大于5分钟大于15分钟，如果时间越长负载越高，那证明系统确实性能不行。CPU负载不等于CPU利用率。虚拟化技术能够将CPU和I/O资源利用率提高，因为多个虚拟机能够将任务尽可能乱序，增加并发可能性。

Cpu0和cpu1后面参数差不多表明两个核负载差不多，这是理想情况。

 

Htop工具，直观显示

 

Oprofile 可以显示程序落在库和可执行库的时间比例

Perf主推，可以图显示进程执行过程