C++多線程

POSIX線程庫pthreads介紹

 

使用fork()建立進程：

---代價昂貴

---處理序間通訊複雜

---作業系統在實現進程間的切換比線程切換更費時

 

使用pthreads庫建立線程：

---建立進程比建立線程更快

---線程間的通訊更容易

---作業系統對線程的切換比進程的切換更容易和快速

 

POSIX pthreads庫提供的基本線程的操作：

1、線程的建立

    #include<pthread.h>

    int pthread_create(pthread_t *thread,

                               pthread_attr_t *attr,

                               void *(*start_routine)(void *),

                               void *arg);

2、線程的退出

    顯示的調用pthread_exit()結束線程執行

        void pthread_exit(void *retval);

    讓線程處理常式返回

    使用pthread_cancel()函數終止其他線程的執行

         int pthread_cancel(pthread_t thread);

 

3、等待線程結束

      使用pthread_join()函數等待被建立的線程結束

      pthread_join()函數會掛起建立線程的線程的執行，直到等待到想要等待的子進程

      函數原型：

         int pthread_join(pthread_t th, void **thread_return);

 

4、線程的分離

       主線程可以不斷地建立子線程

       子線程本身自己有自我回收記憶體資源的能力

        函數原型：

          int pthread_detach(pthread_t th);

        pthread_detach()和pthread_join()一般不能同時使用

 

5、線程的屬性：

      1）detachstate：選擇被建立的線程是處於可加入的狀態還是分離狀態

      2）schedpolicy: 為被建立的線程選擇調度策略

      3）schedparam：為被建立的線程選擇調度參數

      4）inheritsched：選擇對新建立的線程的調度策略和調度參數是否被schedpolicy和schedparam屬性決定或者是通過父線程繼承而得到的。

      5）scope：為選擇被建立的線程調度競爭範圍

 

6、線程的互斥和同步

 

Mutex：

     互斥裝置(MUTual EXclusion device)

     mutex有如下特性：

           ---原子性：對mutex的加鎖和解鎖操作是原子的；

           ---單一性：擁有mutex的線程除非釋放mutex，否則其他線程不能擁有此mutex

           ---非忙等狀態：等待mutex的線程處於忙等狀態，直到要等待的mutex處於未加鎖狀態，這時作業系統負責喚醒等待此mutex的線程

 

   在POSIX線程庫中，存在三種類型的mutex：

          ---快速(fast) mutex

          ---遞迴(recursive) mutex

          ---錯誤偵測(error checking) mutex

 

    POSIX 線程庫中 與 mutex相關的函數

       int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr);

       int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

       int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

       int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

       int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mutex);

 

    條件變數：

    可以得到一個線程在執行過程中，因滿足某個條件而發出訊號通知另一個線程，而另一個線程可以處於掛起狀態，等待某個條件滿足後，才繼續執行

    條件變數必須和mutex一起使用來避免競爭。

 

     條件變數相關函數的操作：

        pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

        int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);

        int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

        int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

        int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);

        int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);

        int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

 

     線程的撤銷：

          int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);

          int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);

          void pthread_testcancel(void);

 

      

     POSIX訊號量：

         用POSIX訊號量可以實現傳統的P、V操作

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

         int sem_wait(sem_t *sem);

         int sem_trywait(sem_t *sem);

         int sem_post(sem_t *sem);

         int sem_getvalue(sem_t *sem, int *val);

         int sem_destroy(sem_t *sem);

 

     線程與訊號處理：
         #include<signal.h>

         int pthread_sigmark(int how, const sigset_t *newmask, sigset_t *oldmask);

         int pthread_kill(pthread_t thread, int signo);

         int sigwait(const sigset_t *set, int *sig);

 

 

    使用GDB調試線程以及線程的調優

        GDB是一個功能強大、效能穩定的程式調試工具；

        GDB不僅可以調試單進程程式，也可以調試多進程、多線程程式。

    使用GDB偵錯工具之前，可執行程式編譯選項應該加上-g

    可以使用命令b或者break來設定斷點

    輸入命令l 或者 list 可以查看原始碼

    輸入命令 r 或者 run，程式開始運行

    逐步執行，可輸入命令n或者next

    使用info thread 來查看當前系統中的線程資訊

    通過thread命令可以切換線程