嵌入式与Linux(五):Linux线程

嵌入式与Linux(五):Linux线程,第1张

姓名:王央京    学号:18050100052   学院:电子工程学院

转自:https://blog.csdn.net/qq_22847457/article/details/89371217

【嵌牛导读】本文介绍了Linux线程的相关信息

【嵌牛鼻子】Linux线程

【嵌牛提问】在了解Linux系统后,能否具体介绍线程的概念?

【嵌牛正文】

类Unix系统中,早期是没有“线程”概念的,80年代才引入,借助进程机制实现出了线程的概念。因此在这类系统中,进程和线程关系密切。一个进程可以有多个线程,这个进程本身也叫做线程只不过是主线程。通常主线程分配任务给子线程做。程序设计时候就可以某一时刻不止做一件事情,每一个线程处理各自独立的任务。

多个线程可以访问相同的存储地址空间和文件描述符。同一进程内的线程共享以下数据:全局内存、进程指令、打开的文件、信号处理函数和信号处置、当前工作目录、用户ID和用户组ID、大多数数据。每个线程有各自的线程ID、寄存器集合(包括程序计数器和栈指针)、栈、errono、信号掩码、优先级。

线程的优点有提高程序并发性、开销小和数据通信、共享数据方便等。线程的缺点有库函数不稳定、调试编写困难、gdb不支持、对信号支持不好等。除此之外,多线程内如果其中一个线程出现了 除0、野指针 等问题会造成该线程崩溃,进而导致整个进程终止。同时,线程是进程的执行分支,线程出异常,就类似进程出异常,进而触发信号机制,终止进程,进程终止,该进程内的所有线程也就随即退出。

从上述分析来看,线程的优点相对突出,缺点均不是硬伤。Linux下由于实现方法导致进程、线程差别不是很大。

线程有一套完整的与其有关的函数库调用,它们中的绝大多数函数名都以pthread_开头。为了使用这些函数库调用,我们必须定义宏_REENTRANT,在程序中包含头文件pthread.h,并且在编译程序时需要用选项-lpthread来链接线程库。其中常用的函数库如下:

1.  pthread_self函数获取线程ID,其作用对应进程中getpid()函数。

2.  pthread_create函数创建一个新线程,其作用对应进程中fork()函数。

3.  pthread_exit函数将单个线程退出,其作用对应进程中exit()函数

4.  pthread_join函数阻塞等待线程退出,获取线程退出状态其作用,对应进程中waitpid()函数。

5.  pthread_cancel函数杀死(取消)线程其作用,对应进程中kill()函数。

6.  pthread_detach函数实现线程分离。

首先有一点要清楚,Linux程序启动默认有一个主进程(有人叫它主线程),入口是main(),当你创建一个线程后,这个线程只在线程入口函数里面运行,跟主进程没有关系了,主进程可以继续运行接用户指令。

没有主线程和从线程的说法哦,看你要做什么了。

.线程的基本介绍

(1)线程的概述

线程与进程类似,也允许应用程序并发执行多个任务的一种机制。一个进程可以包含多个线程,同一程序中的所有线程共享同一份全局内存区域,线程之间没有真正意义的等级之分。同一个进程中的线程可以并发执行,如果处理器是多核的话线程也可以并行执行,如果一个线程因为等待I/O *** 作而阻塞,那么其他线程依然可以继续运行

(2)线程优于进程的方面

argv,environ

主线程栈

线程3的栈

线程2的栈

线程1的栈

共享函数库共享的内存

未初始化的数据段

初始化数据段

文本

.进程间的信息难以共享。由于除去只读代码段外,父子进程并未共享内存,因此必须采用一些进程间通讯,在进程之间交换信息

.调用fork()来创建进程代价相对较高

线程很好的解决了上述俩个问题

.线程之间能够方便,快速的共享信息,只需将数据复制到共享(全局或堆)变量中即可

.创建线程比创建线程通常要快10甚至更多,线程创建之所以快,是因为fork创建进程时所需复制多个属性,而在线程中,这些属性是共享的。

(3)创建线程

启动程序时,产生的进程只有单条线程,我们称之为主线程

#include<pthread.h>

int pthread_create(pthread_t *thread,const pthread_attr_t *attr,void*(*start)(void *),void *arg)12

新线程通过调用带有arg的函数开始执行,调用pthread_create()的线程会继续执行该调用之后的语句。

(4)终止线程

可以以如下方式终止线程的运行

.线程调用pthread_exit()

.线程start函数执行return语句并返回指定值

.调用pthread_cancel()取消线程

.任意线程调用了exit(),或者主线程执行了return语句,都会导致进程中的所有线程立即终止

pthread_exit()函数可以终止线程,且其返回值可由另一线程通过调用pthread_join()获得

#include<pthread.h>void pthread_exit(void *retval)12

调用pthread_exit()相当于在线程的start函数中执行return,不同之处在于,pthread_exit()可以在任何地方调用,参数retval指定了线程的返回值

(5)获取线程ID

#include<pthread.h>pthread_t pthread_self(void)12

线程ID在应用程序中主要有如下用途

.不同的pthreads函数利用线程ID来标识要 *** 作目标线程。

.在具体的应用程序中,以特定线程的线程ID作为动态数据结构的标签,这颇有用处,既可用来识别某个数据结构的创建者或属主线程,又可确定随后对该数据结构执行 *** 作的具体线程

函数pthread_equal()可检查俩个线程的ID是否相同

#include<pthread.h>int pthread_equal(pthread_t t1,pthread_t t2)//如果相同返回非0值,否则返回0123

(6)连接已终止的线程

函数pthread_join()等待由thread表识的线程终止

#include<pthread.h>int pthread_join(pthread_t thread,void **retval)//返回0调用成功,否则失败123

如果pthread_join()传入一个之前已然连接过的线程ID,将会导致无法预知的行为,当相同线程ID在参与一次连接后恰好为另一新建线程所重用,再度连接的可能就是这个新线程

若线程未分离,则就应该使用pthread_join()来连接线程,否则会产生僵尸线程

pthrea_join()函数的要点

.线程之间的关系是对等的,所以任意线程都可以调用pthread_join()来连接其他线程

.pthread_join()无法针对任意线程,只能连接单个线程

(6)线程的分离

默认情况下线程都是可连接的,但有时候,我们并不关心线程退出的状态,我们可以调用pthread_detach()并向thread参数传入指定线程的的标识符,将该线程标记为处于分离状态

#include<pthread.h>int pthread_detach(pthread_t thread)//返回0成功,否则失败123

一旦线程处于分离状态,就不能在使用pthread_join()来获取其状态,也无法使其重返可连接状态

(7)在应用程序中如何来选择进程还是线程

.线程之间共享数据很简单,进程间的数据共享需要更多的投入

.创建线程要比创建进程块很多

.多线程编程时,需要确保调用线程安全的函数

.某个线程中的bug可能会危害进程中所有线程

.每个线程都在征用宿主进程中有限的虚拟地址空间

.在多线程应用中,需要小心使用信号

.除了数据,线程还可以共享文件描述符,信号处置,当前工作目录,以及用户ID和组ID

线程的同步

(1)保护共享变量访问:互斥量

线程的主要优势在于能够通过全局变量来共享信息,不过这种共享是有代价的。必须确保多个线程修改同一变量时,不会有其他线程也正在修改此变量,为避免线程更新时共享变量时所出现的问题,必须使用互斥量来确保同时仅有一个线程可以访问某项共享资源

(2)静态分配的互斥锁

互斥锁既可以像静态变量那样分配,也可以在运行时动态分配,互斥量属于pthread_mutex_t类型的变量,在使用之前必须对其初始化。对于静态分配的互斥量而言,可如下例所示,将PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER赋给互斥量

pthread_mutex_t = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER1

1.加锁和解锁互斥量

初始化之后,互斥量处于未锁定状态。函数pthread_mutex_lock()可以锁定某一互斥量

而函数pthread_mutex_unlock()则可以将一个互斥量解锁

#include<pthread.h>int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)//返回0成功,其他失败1234

要锁定互斥量,在调用pthread_mutex_lock()时需要指定互斥量,如果互斥量当前处于未锁定状态,则该调用将会立即返回,如果该互斥量已被其他线程锁定,那么该调用将会阻塞,直至互斥量被解锁

函数pthread_mutex_unlock()将解锁之前已遭调用线程锁定的互斥量

2.互斥量的性能

通常情况下,线程会花费更多的时间去做其他工作,对互斥量的加锁解锁相对要少的多,因此使用互斥量对大部分程序来说性能并无显著的影响

3.互斥量的死锁

当一个线程需要同时访问多个共享资源时,没个资源由不同的互斥索管理。当超过一个线程加锁同一组互斥量时,就有可能发生死锁。如下图所示

线程A

1.pthread_mutex_lock(mutex1)

2.pthread_mutex_lock(mutex2)

线程2

1.pthread_mutex_lock(mutex2)

2.pthread_mutex_lock(mutex1)

每个线程都成功的锁住一个互斥量,接着试图对以为另一线程锁定的互斥量加锁,就会一直等下去

要避免此类死锁问题,最简单的就是定义互斥量的层级关系


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原文地址: http://outofmemory.cn/yw/7085323.html

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