Linux软件编程--线程

1、基本概念

• 线程：线程是操作系统中的基本执行单元，也是程序执行流的最小单位
• 线程是轻量级的进程（本质上是一个进程，但进程与线程的空间管理方式不同）
• 线程是 CPU 任务调度的最小单元
• 进程是操作系统资源分配的最小单元

2、线程空间

• 线程必须位于进程中，没有进程，线程无法单独存在
• 线程共享文本段、数据段、堆区空间，独享栈区空间
• 一个进程中的线程切换调度任务是，资源开销较小

3、多线程与多进程的对比

4、线程的调度与消亡

        与进程的调度与消亡保持一致

5、线程的函数接口

  1.线程创建接口

        pthread_create

原型：

        int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);

功能：

        在进程中创建一个线程

参数：

        thread：存放线程 ID 的首地址

        attr：线程的属性，默认为 NULL

        start_routine：线程函数的入口

        arg ：线程函数的参数

  2.线程 ID 获取接口

        pthread_self 

原型：

        pthread_t pthread_self(void);

功能：

        获得调用该函数的线程的ID号

  3.线程退出接口

        pthread_exit

原型：

        void pthread_exit(void *retval);

功能：

        结束当前线程任务

参数：

        retval:线程结束的值

4.回收线程接口

        pthread_join

原型：

        int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

功能：

        回收线程空间

参数：

        thread:要回收的线程的ID

        retval:存放线程结束状态空间的首地址

返回值: 成功返回0 失败返回错误码

6、线程属性

  1.概念：

• 加入属性：线程结束后需要通过 pthread_join 手动回收线程空间
• 分离属性：线程结束后程序自动回收线程空间

  2.相关函数接口

        初始化函数接口：pthread_attr_init

原型：

        int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

功能：

        线程属性初始化

参数：

        attr：初始化线程首地址

        属性设置接口：pthread_attr_setdetachstate

原型：

        int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);

功能：

        设置线程属性

参数：

        attr ：线程属性空间首地址

        detachstate：属性设置

                PTHREAD_CREATE_DETACHED：分离属性

                PTHREAD_CREATE_JOINABLE：加入属性

        销毁线程属性对象接口：pthread_attr_destroy

原型：

•         int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

功能：

        线程属性销毁

参数：

        attr：线程属性空间首地址

7、线程间通信

• 采用全局变量实现进程间通信
• 多线程同时操作会引发资源竞争，需加上互斥锁解决资源竞争问题

8、互斥锁

  1.概念与特点

• 解决资源竞争的一种方式也可以看成是一种资源
• 只能加锁一次，在加锁期间不能再次加锁，也不能羌之战有一个加锁的资源，必须等待资源释放（解锁后操作）
• 只能防止线程之间的资源竞争，不能改变代码的先后执行顺序

  2.使用方式

• 定义互斥锁（全局变量）并对锁初始化
• 操作全局资源前先加锁，如果加锁成功则完成对全局资源操作
• 如果加锁失败则表示有人占用资源，必须等待其余人释放锁资源才能加锁成功

  3.相关函数接口

        互斥锁初始化函数

        pthread_mutex_init

原型：

        int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

功能：

        初始化互斥锁

参数：

        mutex：互斥锁空间首地址

        attr：互斥锁属性，默认为 NULL

返回值：

        成功0，失败-1

         互斥锁加锁与开锁与销毁

         pthread_mutex_lock  /   pthread_mutex_unlock  /pthread_mutex_destroy

加锁函数：

原型：

        int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

开锁函数：

原型：

        int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

销毁函数：

原型：

        int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

  9、死锁

  1.概念

        两个或两个以上的线程（或进程）在执行过程中，由于竞争资源或彼此通信而造成的一种互相等待的现象

  2.死锁的特点

• 没有外部干预时，这种等待状态将永久持续
• 每个线程/进程都在等待其他线程/进程释放资源

  3.死锁的产生条件

• 互斥条件：资源一次只能被一个线程占用（若资源可以被共享访问，则不会产生死锁）
• 占有并等待：线程至少占有一个资源的同时又等待获取其他线程的资源
• 不可剥夺：已经分配给现成的资源不能被其他线程强行夺取
• 循环等待：存在一个线程等待环路

10、信号量

  1.概念

• 信号量是一种用于多线程/多进程环境下控制共享资源访问的同步机制
• 信号量只能完成初始化、销毁、申请、释放四种操作

  2.函数接口

        初始化函数：sem_init

原型：

        int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

功能：

        初始化信号量

参数：

        sem：信号空间首地址

        pshared：进程共享开关

                0：一个进程间的多个线程共享

                非0：多个进程间共享

        value：初始化资源的值

                如哦资源职位0，申请资源会阻塞等待，直到占用资源的任务释放资源，资源部为                  0 才能申请到资源并向下执行

返回值：

        成功 0，失败 -1 

        销毁信号量函数：sem_destroy

原型：

        int sem_destroy(sem_t *sem);

功能：

        销毁信号量

返回值:

        成功 0，失败 -1

        信号量申请函数：sem_wait

• 申请信号量会让信号量资源数 -1
• 若信号量资源数为 0，会阻塞等待直到有任务释放资源

原型：

        int sem_wait(sem_t *sem);

功能：

        申请信号量

参数：

        sem:信号量空间首地址

返回值:

        成功返回0 失败返回-1

        信号量释放函数：sem_post

• 信号量释放后 信号量资源 +1

原型：

        int sem_post(sem_t *sem);

功能：

        释放信号量

参数：

        sem:信号量空间首地址

返回值:

        成功返回0 失败返回-1