linux 多线程编程

1、1 引言线程（thread）技术早在60年代就被提出，但真正应用多线程到操作系统中去，是在80年代中期，solaris是这方面的佼佼者。传统的Unix也支持线程的概念，但是在一个进程（process）中只允许有一个线程，这样多线程就意味着多进程。现在，多线程技术已经被许多操作系统所支持，包括Windows/NT，当然，也包括Linux。为什么有了进程的概念后，还要再引入线程呢？使用多线程到底有哪些好处？什么的系统应该选用多线程？我们首先必须回答这些问题。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，

2、建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段，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，

3、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。除了以上所说的优点外，不和进程比较，多线程程序作为一种多任务、并发的工作方式，当然有以下的优点：1) 提高应用程序响应。这对图形界面的程序尤其有意义，当一个操作耗时很长时，整个系统都会等待这个操作，此时程序不会响应键盘、鼠标、菜单的操作，而使用多线程技术，将耗时长的操作（time consuming）置于一个新的线程，可以避免这种尴尬的情况。2)

4、使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时，不同的线程运行于不同的CPU上。3) 改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程，成为几个独立或半独立的运行部分，这样的程序会利于理解和修改。下面我们先来尝试编写一个简单的多线程程序。2 简单的多线程编程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。顺便说一下，Linux下pthread的实现是通过系统调用clone（）来实现的。clone（）是Linux所特有的系统调用，它的使用方式类似f

5、ork，关于clone（）的详细情况，有兴趣的读者可以去查看有关文档说明。下面我们展示一个最简单的多线程程序example1.c。/* example.c*/#include#includevoid thread(void)int i;for(i=0;i3;i+)printf(This is a pthread.n);int main(void)pthread_t id;int i,ret;ret=pthread_create(&id,NULL,(void *) thread,NULL);if(ret!=0)printf (Create pthread error!n);exit (1);fo

6、r(i=0;inext;Process_job(p);Free(p);当线程1处理完第一步，也就是Item *p=queue_list后，这时候系统停止线程1的运行，改而运行线程2。线程2照样取出头节点，然后进行处理，最后释放了该节点。过了段时间，线程1重新得到运行。而这个时候，其实p所指向的节点已经被线程2释放掉，而线程1对此毫无知晓。他会接着运行process_job(p)。而这将导致无法预料的后果！对于这种情况，系统给我们提供了互斥量。你在取出头节点前必须要等待互斥量，如果此时有其他线程已经获得该互斥量，那么线程将会阻塞在这个地方。只有等到其他线程释放掉该互斥量后，你的线程才有可能得到该

7、互斥量。为什么是可能了？因为可能此时有不止你一个线程在等候该互斥量，而系统无法保证你的线程将会优先运行。互斥量的类型为pthread_mutex_t。你可以声明多个互斥量。在声明该变量后，你需要调用pthread_mutex_init()来创建该变量。pthread_mutex_init的格式如下：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);第一个参数，mutext，也就是你之前声明的那个互斥量，第二个参数为该互斥量的属性。这个将在后面详细讨论。在创建该互斥量之后，你

8、便可以使用它了。要得到互斥量，你需要调用下面的函数：int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);该函数用来给互斥量上锁，也就是我们前面所说的等待操作。互斥量一旦被上锁后，其他线程如果想给该互斥量上锁，那么就会阻塞在这个操作上。如果在此之前该互斥量已经被其他线程上锁，那么该操作将会一直阻塞在这个地方，直到获得该锁为止。在得到互斥量后，你就可以进入关键代码区了。同样，在操作完成后，你必须调用下面的函数来给互斥量解锁，也就是前面所说的释放。这样其他等待该锁的线程才有机会获得该锁，否则其他线程将会永远阻塞。int pthread_mutex_unloc

9、k(pthread_mutex_t *mutex);下面给出一个简单的例子：#include #include struct job /* Link field for linked list. */struct job* next;/* Other fields describing work to be done. */;/* A linked list of pending jobs. */struct job* job_queue;/* A mutex protecting job_queue. */pthread_mutex_t job_queue_mutex = PTHREAD_M

10、UTEX_INITIALIZER;/* Process queued jobs until the queue is empty. */void* thread_function (void* arg)while (1) struct job* next_job;/* Lock the mutex on the job queue. */pthread_mutex_lock (&job_queue_mutex);/* Now its safe to check if the queue is empty. */if (job_queue = NULL)next_job = NULL;else

11、/* Get the next available job. */next_job = job_queue;/* Remove this job from the list. */job_queue = job_queue-next;/* Unlock the mutex on the job queue because were done with thequeue for now. */pthread_mutex_unlock (&job_queue_mutex);/* Was the queue empty? If so, end the thread. */if (next_job =

12、 NULL)break;/* Carry out the work. */process_job (next_job);/* Clean up. */free (next_job);return NULL; 在这个例子中我们使用了下面一条语句：pthread_mutex_t job_queue_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 他的作用和调用pthread_mutex_init()函数一样。 如果一个线程已经给一个互斥量上锁了，后来在操作的过程中又再次调用了该上锁的操作，那么该线程将会无限阻塞在这个地方，从而导致死锁。怎么变了？这就需要我们之前所提到的互斥量的属性。互斥量分为下面三种：l 快速型。这种类型也是默认的类型。该线程的行为正如上面所说的。l 递归型。如果遇到我们上面所提到的死锁情况，同一线程循环给互斥量上