【linux应用软件编程】多任务学习2【线程】

文章目录

• 线程
• • 一、线程的相关定义
  • 二、线程的创建
  • 三、进程和线程的区别
  • 四、线程的调度
  • 五、线程的消亡
  • 六、线程相关的函数接口
  • • 6.1 创建线程
    • 6.2 线程的非分离属性：
    • 6.3 线程退出及资源回收
  • 七、线程的同步和互斥
  • • 7.1 线程间通信
    • 7.2 线程间互斥机制
    • 7.3 线程间同步机制
  • 八、死锁

线程

一、线程的相关定义

• 线程是一个轻量级的进程，用来实现多任务并发。
• 线程是操作系统任务调度的最小单位。
• 进程是操作系统资源分配的最小单位。

主线程：创建线程的进程。 次线程：由进程创建出来的线程。

二、线程的创建

• 线程由所在的进程创建，线程一定是属于某个进程的。
• 线程创建时，所在进程为其分配独立的栈区空间（默认8M），线程共用进程的堆区、数据区、文本区、内核区。

三、进程和线程的区别

四、线程的调度

宏观并行、微观串行 调度方式与进程相同

五、线程的消亡

六、线程相关的函数接口

6.1 创建线程

pthread_create

• 函数原型：#include <pthread.h>

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

• 功能

  创建并启动一个线程。

• 参数

  thread：保存线程ID的变量地址； attr：设置线程属性的变量地址；（NULL：按照默认属性创建） start_routine：函数指针，指向线程执行的任务函数的指针（线程任务函数）； arg：传递给线程任务函数的参数。

• 返回值：

  成功：返回0； 失败：返回错误码（!0）。

• 获取ID号：

  pthread_self() //获取当前线程ID号

注意：

6.2 线程的非分离属性：

线程的分离属性：不需要被其他线程回收的线程，称之为具有分离属性的线程，将来执行结束，由操作系统回收。

设置tid对应的线程为分离属性的线程。 pthread_detach(tid); 使用场景:其他线程没有机会回收该线程时，可以将该线程设置成分离属性。

线程的非分离属性：可以被其他线程结束和回收的线程，称为具有非分离属性的线程。 因此，具有非分离属性的线程结束后，必须要被其他线程回收。

线程默认属性：非分离属性

6.3 线程退出及资源回收

pthread_exit

• 函数原型#include <pthread.h>

  void pthread_exit(void *retval);

pthread_join

• 函数原型

  #include <pthread.h>

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

• 功能

  阻塞回收线程资源空间和状态。

• 参数

  thread：要回收的线程的线程ID。 retval：保存线程退出状态变量的地址； NULL表示不接受状态。

• 返回值：

  成功：返回0； 失败：返回!0。

七、线程的同步和互斥

7.1 线程间通信

位于数据区的全局变量、堆区申请的空间（队列）、pthread_create传参、条件变量。

多线程访问临界资源时，存在资源竞争问题。

• 临界资源：多个线程可以同时访问的区域（文件、数据库、内存中的全局变量等）。
• 资源竞争：多个线程同时想对一块内存进行访问。
• 临界区：访问临界资源的这段代码称为临界区。
• 解决方法：互斥机制。

7.2 线程间互斥机制

互斥机制：让多个线程访问临界资源时，具有排他性访问特性。 互斥机制的实现：互斥锁。 1. 创建一个互斥锁对象：pthread_mutex_t 2. 初始化互斥锁：pthread_mutex_init(); 3. 加锁：pthread_mutex_lock(); 4. 解锁：pthread_mutex_unlock(); 5. 销毁互斥锁：pthread_mutex_destroy()

在linux系统终端中安装互斥锁的库指令： sudo apt-get install manpages-posix manpages-posix-dev

• pthread_mutex_init/pthread_mutex_destroy

  • 函数原型：#include <pthread.h>

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

  • 功能：

    初始化/销毁一个锁。

  • 参数：

    mutex：要初始化/销毁的锁对象的地址； attr：锁属性的首地址（NULL：默认属性）。

  • 返回值

    成功：返回0； 失败：indicate the error.

• pthread_mutex_lock/pthread_mutex_unlock

  • 函数原型：#include <pthread.h>
    int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
  • 功能：

    上锁/解锁。

  • 参数：

    mutex：锁地址。

其他锁： 读写锁：读共享，写独占。 自旋锁：申请不到锁时，一直占用CPU。

7.3 线程间同步机制

线程间同步：让多个线程执行任务时，具有一定先后顺序。

信号量：资源数； 1. 创建信号量对象sem_t； 2. 初始化信号量sen_init()； 3. 申请信号量（P操作）sem_wait()； 4. 释放信号量（V操作）sem_post()； 5. 销毁信号量；sem_destroy()

• sem_init
  • 函数原型：#include <semaphore.h>
    int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
  • 功能：

    初始化一个信号量。

  • 参数：

    sem：信号量对象地址； pshared：0：线程间共享使用；!0：进程间共享使用； value：信号量初始值。

  • 返回值：

    成功：返回0； 失败：返回!0。

• sem_wait
  • 函数原型：#include <semaphore.h>
    int sem_wait(sem_t *sem);
  • 功能：

    申请一个信号量。

  • 参数：

    sem：信号量对象地址。

  • 返回值：

    成功：返回0； 失败：返回!0。

• sem_post
  • 函数原型：#include <semaphore.h>
    int sem_post(sem_t *sem);
  • 功能：

    释放一个信号量。

  • 参数：

    sem：信号量对象地址。

  • 返回值：

    成功：返回0； 失败：返回!0。

八、死锁

死锁指的是在多线程环境中，每个执行流（线程）都有未释放的资源，且互相请求对方未释放资源，从而导致陷入永久等待状态的情况。

• 现象

  • 现象1：忘记释放锁
  • 现象2：重复加锁
  • 现象3：多线程多锁，抢占锁资源不当

  如：线程A获取了1锁，线程B获取了2锁，同时线程A还想获取2锁，线程B还想获取1锁

• 产生死锁的四个必要条件

• 互斥条件：一个资源同一时刻只能被一个任务占用（一个执行流获取锁后，其它执行流不能再获取该锁）。
• 请求与保持条件：已经拿着一部分资源不释放，同时又去申请新的资源（执行流本身使用着一把锁并不释放，还在请求别的锁）。
• 不剥夺条件：资源只能由持有者主动释放，系统/其他任务不能强行抢过来（A执行流拿着锁，其它执行流不能释放）。
• 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系（多个执行流拿着对方想要的锁，并且各执行流还去请求对方的锁）。

四条全中 = 死锁，破掉任意一条 = 解除

• 解决方法

• 锁一定要成对出现
• 使线程的加解锁顺序一致
• 破坏环路等待条件

使用非阻塞锁，一旦线程发现请求的锁被使用，就去释放自己拥有的资源

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int sem_trywait(sem_t *sem);