多線程編程之Linux環境下的多線程（一）

標籤：分離   3.1   c中   函數調用   函數   bic   work   closed   共用   

一、Linux環境下的線程

　　相對於其他動作系統，Linux系統核心只提供了輕量級進程的支援，並未實現執行緒模式。Linux是一種“多進程單線程”的作業系統，Linux本身只有進程的概念，而其所謂的“線程”本質上在核心裡仍然是進程。

     進程是資源分派的單位，同一進程中的多個線程共用該進程的資源（如作為共用記憶體的全域變數）。Linux中所謂的“線程”只是在被建立時clone了父進程的資源，因此clone出來的進程表現為“線程”，這一點一定要弄清楚。因此，Linux“線程”這個概念只有在打引號的情況下才是最準確的。

　　目前Linux中最流行的線程機製為LinuxThreads，所採用的就是線程－進程“一對一”模型，調度交給核心，而在使用者級實現一個包括訊號處理在內的線程管理機制。LinuxThreads由Xavier Leroy負責開發完成，並已綁定在GLIBC中發行，它實現了一種BiCapitalized面向Linux的Posix 1003.1c “pthread”標準介面。Linuxthread可以支援Intel、Alpha、MIPS等平台上的多處理器系統。 

　　需要注意的是，Linuxthread執行緒模式存在一些缺陷，尤其是在訊號處理、調度和進程間同步原語方面都存在問題。並且，這個執行緒模式也不符合POSIX標準的要求。為瞭解決LinuxThread的缺陷，RedHat開發了一套符合POSIX標準的新型執行緒模式：NPTL（Native POSIX Thread Library）。關於Linuxthread與NPTL的比較，請參考文章：Linux 執行緒模式的比較：LinuxThreads 和 NPTL。

二、Linux環境下的多線程編譯支援

　　按照POSIX 1003.1c 標準編寫的程式與Linuxthread 庫相連結即可支援Linux平台上的多線程，在程式中需包含標頭檔pthread. h，在編譯連結時使用命令：

gcc -D -REENTRANT -lpthread xxx. c

　　其中-REENTRANT宏使得相關庫函數(如stdio.h、errno.h中函數) 是可重新進入的、安全執行緒的(thread-safe)，-lpthread則意味著連結庫目錄下的libpthread.a或libpthread.so檔案。　　

　　在一個多線程程式裡，預設情況下，只有一個errno變數供所有的線程共用。在一個線程準備擷取剛才的錯誤碼時，該變數很容易被另一個線程中的函數調用所改變。類似的問題還存在於fputs之類的函數中，這些函數通常用一個單獨的全域性地區來緩衝輸出資料。

       為解決這個問題，需要使用可重新進入的常式。可重新進入代碼可以被多次調用而仍然工作正常。編寫的多線程程式，通過定義宏_REENTRANT來告訴編譯器我們需要可重新進入功能，這個宏的定義必須出現於程式中的任何#include語句之前。

       _REENTRANT為我們做三件事情，並且做的非常優雅：

（1）它會對部分函數重新定義它們的可安全重入的版本，這些函數名字一般不會發生改變，只是會在函數名後面添加_r字串，如函數名gethostbyname變成gethostbyname_r。

（2）stdio.h中原來以宏的形式實現的一些函數將變成可安全重入函數。

（3）在error.h中定義的變數error現在將成為一個函數調用，它能夠以一種安全的多線程方式來擷取真正的errno的值。

三、Linux環境下的多線程函數

 3.1 線程建立

　　在進程被建立時，系統會為其建立一個主線程，而要在進程中建立新的線程，則可以調用pthread_create函數：

#include <pthread.h>int pthread_create(pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);

　　參數說明：

• thread：指向pthread_create類型的指標，用於引用新建立的線程。
• attr：用於設定線程的屬性，一般不需要特殊的屬性，所以可以簡單地設定為NULL。
• start_routine：傳遞新線程所要執行的函數地址。
• arg：新線程所要執行的函數的參數。

　　傳回值：

　　調用如果成功，則傳回值是0；如果失敗則返回錯誤碼。

　　每個線程都有自己的線程ID，以便在進程內區分。線程ID在pthread_create調用時回返給建立線程的調用者；一個線程也可以在建立後使用pthread_self()調用擷取自己的線程ID： 

pthread_self (void);

3.2 線程退出

　　線程的退出方式有三種：

（1）執行完成後隱式退出；

（2）由線程本身顯示調用pthread_exit 函數退出；

pthread_exit (void * retval);

 

（3）被其他線程用pthread_cance函數終止：

pthread_cancel (pthread_t thread);

 

　　如果一個線程要等待另一個線程的終止，可以使用pthread_join函數，該函數的作用是調用pthread_join的線程將被掛起直到線程ID為參數thread的線程終止：

pthread_join (pthread_t thread, void** threadreturn);

 

3.3 簡單的多線程樣本

　　一個簡單的Linux多線程樣本如下：

 View Code

　　編譯語句如下：

gcc -D_REENTRANT thread1.c -o thread1 –lpthread

　　輸出結果是：

$./thread1[輸出]：thread_function is running. Argument was Hello WorldWaiting for thread to finish...Thread joined, it returned Thank you for your CPU time!Message is now Bye!

 

　　在這個例子中，pthread_exit(void *retval)本身返回的就是指向某個對象的指標，因此，pthread_join(pthread_t th, void **thread_return);中的thread_return是二級指標，指向線程傳回值的指標。可以看到，我們建立的新線程修改的數組message的值，而原先的線程也可以訪問該數組。如果我們調用的是fork而不是pthread_create，就不會有這樣的效果了。因為fork建立子進程之後，子進程會拷貝父進程，兩者分離，相互不干擾，而線程之間則是共用進程的相關資源。

 

小結：

　　本文主要講了Linux環境下的多線程基本概念，包括多線程的實現方式、函數介面、功能特性等。

 

多線程編程之Linux環境下的多線程（一）