LINUX 线程基础, 线程同步,线程控制

一 线程基础

1)线程全称控制线程

2)多线程的优势：

a) 比进程方便，可以共享相同的内存空间及文件描述符

b) 可以用于多个任务，而这些任务如果用单进程来实现是串行，

在多线程里面由于CPU的调度可以实现穿插执行

c) 用于交互程序，将用户输入输出与其他部分分开，优化性能

3)如何知道系统是否多线程pthread(POSIX线程)

a) #ifdef _POSIX_THREADS

b) sysconf(_SC_THREADS)

4)一个线程的数据结构

线程ID,一组寄存器，栈，调度优先级，信号屏蔽字，errno,私有数据

pthread_t 被实现为结构体这种才是可移植的

但linux 直接这样定义了 typedef unsigned long int pthread_t;

5)线程id比较 pthread_equal(pthread_t ptd1, pthread_t ptd2)

获得线程ID pthread_self(void)

6)线程创建 pthread_create(新线程的id,线程的属性，线程执行地址,函数参数)

****新线程和主线程在创建后是竞争运行

****linux上是靠clone创建子进程来实现的,所以同一个进程里面的线程获取到pid可能不同(fedora8是相同的)

7)线程终止

如果任一线程调用了exit,_Exit,_exit，那么整个进程就会终止

a)从启动函数返回

b)被其他线程取消

c)线程调用pthread_exit

8)线程阻塞

pthread_join(pthread_t aim_ptd) 阻塞当前线程一直到目标线程退出 类似于进程控制里面的wait

不能对分离状态(设置为，或已经是detach状态)的线程使用pthread_join,会返回失败

只有一个线程可以对某个线程使用pthread_join

9)请求取消某个线程

pthread_cancel

10)登记线程退出清理函数，类似于atexit登记函数

pthread_cleanup_push(函数指针，参数)

除了pthread_exit,及响应取消请求而退出的时候执行清理函数，也可以调用pthread_cleanup_pop来执行函数

线程return退出是不会执行清理函数的

pthread_cleanup_pop(int execute) execute为0就不执行清理函数，只是删除该处理函数，必须大于0才调用

11)分离线程 pthread_detach

pthread_t tid;

pthread_attr_t attr;

pthread_attr_init(&attr);

pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

pthread_create(&tid, &attr, THREAD_FUNCTION, arg);

可以设置线程为默认的detach,好让操作系统在线程结束的时候，回收默认的资源

二 线程同步

原因： 现代计算机体系结构造成了数据不是顺序一致来实现， 还有程序里面的逻辑，不是原子操作而造成的

1)互斥量 本质上就是多放一块全局条件变量

pthread_mutex_t 访问前加锁，访问完解锁

使用步骤:

a)创建并初始化

静态的pthread_mutex_t 赋值常量 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER

动态分配的pthread_mutext_t ,需要调用pthread_mutex_init初始化, pthread_mutex_destroy释放

通过pthread_mutex_init可以指定互斥量的属性,默认属性输入参数null

b)加锁

pthread_mutex_lock,如果已经有锁则阻塞到互斥变量解锁

尝试加锁 pthread_mutex_trylock 加锁不成功会马上返回 EBUSY

c)访问数据

d)解锁

pthread_mutex_unlock 解锁

2)避免互斥量死锁

产生的原因： 线程对同一个互斥量加锁2次，线程本身会陷入死锁， 多个互斥量被多个线程以相反的顺序访问的时候

3)读写锁 又名 共享-独占锁

类型： 读锁 写锁

数据类型： pthread_rwlock_t

存在条件： 写锁一次最多一个线程占据，读锁可以并行存在多个

加锁条件：

a)当前锁是写锁，所有其它新加锁都会被阻塞

b)当前锁是读锁，如果新加锁是读锁，那么可以获得访问权限

c)当前锁是读锁，如果新加锁是写锁，那么该锁会被阻塞直到所有读锁解锁。

****注意 为避免长期的读锁占据写的时间，但有写锁进来后，后续的读锁都会被拒绝掉

****适合读的次数大于写的次数的情况

初始化及释放:

pthread_rwlock_init

pthread_rwlock_destroy

加锁及解锁

pthread_rwlock_rdlock

pthread_rwlock_wrlock

pthread_rwlock_unlock

尝试加锁

pthread_rwlock_tryrdlock

pthread_rwlock_trywrlock

4)条件变量

数据类型 pthread_cond_t

需要和互斥变量一起使用，受到互斥变量的保护

静态初始化 赋值常量 PTHREAD_COND_INITIALIZER

动态初始化和释放

pthread_cond_init pthread_cond_destroy

作用：

给多个线程提供了一个会合的场所，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生

pthread_cond_wait

目的： 是通过互斥量的保护，讲线程加入到某个等待条件的线程队列里面去

过程： 进入函数前，对互斥量加锁

函数内部，将线程加入到队列并解锁

函数返回，再次对互斥量加锁

pthread_cond_timedwait

同上，但是有个时间等待限制,时间是绝对值,即具体的时刻,数据类型 timespec

唤醒等待条件的线程：

pthread_cond_signal 唤醒等待某个条件的一个线程

pthread_cond_broadcast 唤醒等待某个条件的所有线程

学习条件变量用法的2个例子
http://www.cnblogs.com/yuallen/archive/2010/05/18/1738139.html http://www.cnblogs.com/hnrainll/archive/2011/05/01/2033903.html
三 线程控制

1)线程属性

a)数据类型 pthread_attr_t

b)初始化及释放属性结构 pthread_attr_init pthread_attr_destroy

c)获取或设置线程分离状态 pthread_attr_setdetachstate pthread_attr_getdetachstate

有2种可选的状态值:

PTHREAD_CREATE_DETACHED 分离状态

PTHREAD_CREATE_JOINABLE 正常状态，可以使用pthread_join来获取状态

d)应该获取pthread_atr_destroy的返回值，因为使用pthread_attr_init初始化的时候可能分配有内存，如果释放内存失败的话，

会造成内存泄漏

e)控制线程栈的空间的大小

需求：多个线程的栈空间累计超过了进程的可用虚拟地址空间

线程调用函数的自动变量很多，或者递归很深

1)管理stackaddr线程属性，管理stacksize线程属性

pthread_attr_getstack

pthread_attr_setstack

2)获取或设置线程栈的大小

pthread_attr_setstacksize 系统帮助分配内存，自己不用管

pthread_attr_getstacksize

3)线程栈的保护

默认大小为宏PAGESIZE,但修改了栈属性后，这个值就会变成0

pthread_attr_getguardsize

pthread_attr_setguardsize

f)线程属性-并发度

pthread_attr_setconcurency

pthread_attr_getconcurency

2)实现同步的3种方式中的对象的属性

a)互斥量属性 pthread_mutexattr_t

1)初始化及释放 pthread_mutexattr_init pthread_mutexattr_destroy

2)进程共享属性

获取与设置共享属性 pthread_mutexattr_getpshared pthread_mutexattr_setpshared

PTHREAD_PROCESS_PRIVAE 进程内的多个线程可以访问同一个同步对象

PTHREAD_PROCESS_SHARED 多个进程可以共享同一块内存区域 内存共享技术

b)互斥量类型属性

PTHREAD_MUTEX_NORMAL 标准的互斥量类型，不做错误检查或死锁检查

PTHREAD_MUTEX_DEFAULT 依赖于操作系统提供到其他类型的映射

PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK 提供错误检查

PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 允许多次加锁，但是需要解锁对应次数 tmd，这个类型叫做递归锁

获取与设置互斥量类型属性

pthread_mutexattr_gettype pthread_mutexattr_settype

c)读写锁属性 pthread_rwlockattr_t

只支持进程共享属性

d)条件变量属性pthread_condattr_t

只支持进程共享属性

四 线程重入

1)线程安全：如果一个函数同一时刻可以被多个线程安全地调用

2)系统是否支持线程安全函数 sysconf(_POSIX_THREAD_SAFE_FUNCTIONS)

3)异步-信号安全：如果函数对异步信号处理程序的重入是安全的

4)锁文件的3个函数

flockfile ftrylockfile funlockfile

该锁是递归锁

5)确保函数在进程里面只被调用一次

pthread_once_t var = PTHREAD_ONCE_INIT;

pthread_once(&var, function);

五 线程私有数据

1)需要的数据类型: pthread_key_t

2)创建私有数据的步骤

pthread_key_t key;

a)pthread_key_create(&key, 清理函数地址) 一般通过pthread_once确保函数只被执行一次，变量只被初始化一次

b)char* addr = pthread_getspecific(&key)

c)为addr分配内存 malloc

d)pthread_setspecific(&key, addr);

e)pthread_key_delete删除key

f)线程退出，执行清理函数地址

六 线程取消

1)线程可以被设置为是否可取消

pthread_setcancelstate(int state, int* oldstate)

2)pthread_cancel只是一个申请，只有线程到达了取消点才会取消.

3)延迟取消pthread_testcancel, 适合于没有取消点的函数

4)设置取消的类型pthread_setcanceltype

七 线程与IO

pread,pwrite 原子io操作

八 线程与信号

每个线程有自己的信号屏蔽字，但是他们共享

1)相同的信号处理函数 2)该信号与某函数的绑定，一个信号绑定到某个函数，这个被所有线程共享, 他们只能看到一个

多个线程公用进程的信号屏蔽机制，除了2种情况以外：

硬件故障的信号与计时器超时的信号，只递送给某个线程，其它的信号会发送给所有线程

pthread_sigmask

sigwait 等待信号发送. 一般操作需要先阻塞信号，sigwait调用会取消信号的阻塞状态，直到新信号到来

pthread_kill

sigwait(sigset_t*, int* signo)

sigwait的参数2表示捕获到的信号值

九 线程与fork

pthread_atfork,理论内容相当多，过滤掉

十 同一进程的所有线程共享同一个计时器

十一 同一进程的所有线程共享相同的文件描述符