Linux多线程编程—初步

         linux多线程设计是指基于Linux操作系统下的多线程设计，包括多任务程序的设计，并发程序设计,网络程序设数据共享等。Linux系统下的多线程遵循POSIX线程接口，称为pthread。编写Linux下的多线程程序，需要使用头文件pthread.h，连接时需要使用库libpthread.a。

使用多线程的理由之一是和进程相比，它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。我们知道，在Linux系统下，启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，建立众多的数据表来维护它的代码段、数据段、堆栈段，这是一种"昂贵"的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程，它们彼此之间使用相同的地址空间，共享大部分数据，启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。据统计，总的说来，一个进程的开销大约是一个线程开销的30倍左右，当然，在具体的系统上，这个数据可能会有较大的区别。

使用多线程的理由之二是线程间方便的通信机制。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。线程则不然，由于同一进程下的线程之间共享数据空间，所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用，这不仅快捷，而且方便。当然，数据的共享也带来其他一些问题，有的变量不能同时被两个线程所修改，有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击，这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。

线程操作函数总结

1、线程创建函数

intpthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr,void *(*start_rtn)(void), void *restrict arg);

 返回值：若是成功建立线程返回0,否则返回错误的编号

 形  参：

        tidp       要创建的线程的线程id指针

        attr       创建线程时的线程属性

        start_rtn  返回值是void类型的指针函数

        arg        start_rtn的形参

说  明：创建一个具有指定参数的线程。

第一个参数为指向线程标识符的指针，第二个参数用来设置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。这里，我们的函数thread不需要参数，所以最后一个参数设为空指针。第二个参数我们也设为空指针，这样将生成默认属性的线程。对线程属性的设定和修改我们将在下一节阐述。当创建线程成功时，函数返回0，若不为0则说明创建线程失败，常见的错误返回代码为EAGAIN和EINVAL。前者表示系统限制创建新的线程，例如线程数目过多了；后者表示第二个参数代表的线程属性值非法。创建线程成功后，新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数，原来的线程则继续运行下一行代码。

    头文件：#include

2、等待线程结束函数

intpthread_join(pthread_t thread, void **retval);

返回值：若是成功建立线程返回0,否则返回错误的编号

  形  参：

        thread     被等待的线程标识符

        retval     一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值

  说  明：这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止，当函数返回时，被等待线程的资源被收回

  头文件：#include

3、线程终止函数

voidpthread_exit(void* retval);

返回值：无

形  参：

 retval     函数的返回指针，只要pthread_join中的第二个参数retval不是NULL，这个值将被传递给retval

说  明：终止调用它的线程并返回一个指向某个对象的指针。

头文件：#include

4、线程取消函数

 int pthread_cancel(pthread_t thread);

返回值：若是成功返回0,否则返回错误的编号

 形  参：

    thread     要取消线程的标识符ID

    说  明：取消某个线程的执行。

    线程取消的方法是向目标线程发Cancel信号，但如何处理Cancel信号则由目标线程自己决定，或者忽略、或者立即终止、或者继续运行至Cancelation-point（取消点:会引起阻塞的系 统调用），由不同的Cancelation状态决定。线程接收到CANCEL信号的缺省处理（即pthread_create()创建线程的缺省状态）是继续运行至取消点才会退出。

    根 据POSIX标准，pthread_join()、pthread_testcancel()、pthread_cond_wait()、 pthread_cond_timedwait()、sem_wait()、sigwait()等函数以及read()、write()等会引起阻塞的系 统调用都是Cancelation-point，而其他pthread函数都不会引起Cancelation动作。但是pthread_cancel的手 册页声称，由于LinuxThread库与C库结合得不好，因而目前C库函数都不是Cancelation-point；但CANCEL信号会使线程从阻 塞的系统调用中退出，并置EINTR错误码，因此可以在需要作为Cancelation-point的系统调用前后调用pthread_testcancel()，从而达到POSIX标准所要求的目标，即如下代码段：

         retcode = read(fd, buffer, length);

         pthread_testcancel();

    头文件：#include

5、获取当前线程标识ID

 pthread_t pthread_self(void);

返回值：当前线程的线程ID标识

形  参：无

说  明：获取当前调用线程的 thread identifier(标识号)

头文件：#include

6、分离释放线程

int pthread_detach(pthread_t thread);

    返回值：若是成功返回0,否则返回错误的编号

    形  参：

    thread     要释放线程的标识符ID

    说  明：linux线程执行和windows不同，pthread有两种状态joinable状态和unjoinable状态。

一个线程默认的状态是joinable，如果线程是joinable状态，当线程函数自己返回退出时或pthread_exit时都不会释放线程所占用堆栈和线程描述符（总计8K多）。只有当你调用了pthread_join之后这些资源才会被释放。若是unjoinable状态的线程，这些资源在线程函数退出时或pthread_exit时自动会被释放。unjoinable属性可以在pthread_create时指定，或在线程创建后在线程中pthread_detach自己, 如：pthread_detach(pthread_self())，将状态改为unjoinable状态，确保资源的释放。如果线程状态为joinable,需要在之后适时调用pthread_join。

    头文件：#include

7、比较两个线程是否是同一个线程

int pthread_equal(pthread_t thread1,pthread_t thread2);

返回值：若是返回0 不相等，非零相等

形  参：

   thread1     要比较的线程的标识符ID

    thread2     要比较的线程的标识符ID

说  明：判断两个线程ID是否相等。

头文件：#include

线程操作要注意的几个小问题：

         pthread_t的类型为unsignedlong int，所以在打印的时候要使用%lu方式，否则将产生奇怪的结果

         由 restrict 修饰的指针是最初唯一对指针所指向的对象进行存取的方法，仅当第二个指针基于第一个时，才能对对象进行存取。对对象的存取都限定于基于由 restrict 修饰的指针表达式中。由 restrict 修饰的指针主要用于函数形参，或指向由 malloc() 分配的内存空间。restrict 数据类型不改变程序的语义。编译器能通过作出 restrict 修饰的指针是存取对象的唯一方法的假设，更好地优化某些类型的例程。

下面针对常见的函数1,2,5,7做了一个简单的例程，加深对线程的理解：

#include 
#include 
#include
void thread(void)
  {
	pthread_t  thread_id;
	   pid_t  pid;
	    pid=getpid();
	     thread_id=pthread_self(); // 返回调用线程的线程ID
	       printf("This is a new pthread.\n");
            	printf("线程ID号是: %lu.\n",thread_id);//pthread_t是由typedef unsigned long int 定义的
                 printf("进程ID号是：%d.\n",pid);  //pid_t是整型
  }
int main(void)
{
	pthread_t id1,id2;//用来保存不同线程的ID号
	int ret;        //出错记录
	
	ret=pthread_create(&id1,NULL,(void *)thread,NULL);//创建线程1
	if(ret!=0)//判断线程1是否创建成功
    	{printf ("Create pthread error!\n");exit(-1);} //创建失败，退出
	
	pthread_create(&id2,NULL,(void *)thread,NULL); //创建线程2
	
	printf("This is the main process.\n");//打印提示在主函数的主进程中
	if(0!=pthread_join(id1,NULL))
	
	printf("wait pthread1 failed!\n");
	if(!pthread_equal(id1,id2))        //判断线程是否是同一个线程
	printf("线程id1和线程id2是不同的线程.\n");
	printf("线程id1的线程ID是：%lu,线程id2的线程ID号是：%lu\n",id1,id2);
	
	return 0;
}

 程序运行结果：

由运行结果知道，两个进程的线程ID号是不同的，而进程ID却是相同的，并且程序第二次运行后，所有的ID都发生了变化，可见在同一个进程中，所创建的线程也是不同的，并且进程可以创建多个并行的线程。