linux線程pthread

A. linux線程及同步

linux多線程
1.線程概述
線程是一個進程內的基本調度單位，也可以稱為輕量級進程。線程是在共享內存空間中並發的多道執行路徑，它們共享一個進程的資源，如文件描述和信號處理。因此，大大減少了上下文切換的開銷。一個進程可以有多個線程，也就
是有多個線程式控制製表及堆棧寄存器，但卻共享一個用戶地址空間。
2.線程實現
線程創建pthread_create()
所需頭文件#include
<pthread.h>
函數原型int
pthread_create
((pthread_t
*thread,
pthread_attr_t
*attr,
thread：線程標識符
attr：線程屬性設置
start_routine：線程函數的起始地址
arg：傳遞給start_routine的參數
函數返回值
成功：0
出錯：-1
線程退出pthread_exit();
所需頭文件#include
<pthread.h>
函數原型void
pthread_exit(void
*retval)
函數傳入值retval:pthread_exit()調用者線程的返回值，可由其他函數如pthread_join
來檢索獲取
等待線程退出並釋放資源pthread_join()
所需頭文件#include
<pthread.h>
函數原型int
pthread_join
((pthread_t
th,
void
**thread_return))
函數傳入值
th：等待線程的標識符
thread_return：用戶定義的指針，用來存儲被等待線程的返回值（不為NULL時）
函數返回值
成功：0
出錯：-1
代碼舉例
1.
#include<pthread.h>
2.
#include<stdio.h>
3.
#include<errno.h>
4.
5.
/*線程1*/
6.
void
thread1()
7.
{
8.
int
i=0;
9.
10.
while(1)
11.
{
12.
printf(thread1:%d/n,i);
13.
if(i>3)
14.
pthread_exit(0);
15.
i++;
16.
sleep(1);
17.
}
18.
}
19.
20.
/*線程2*/
21.
void
thread2()
22.
{
23.
int
i=0;
24.
25.
while(1)
26.
{
27.
printf(thread2:%d/n,i);
28.
if(i>5)
29.
pthread_exit(0);
30.
i++;
31.
sleep(1);
32.
}
33.
}
34.
35.
int
main()
36.
{
37.
pthread_t
t1,t2;
38.
39.
/*創建線程*/
40.
pthread_create(&t1,NULL,(void
*)thread1,NULL);
41.
pthread_create(&t2,NULL,(void
*)thread2,NULL);
42.
/*等待線程退出*/
43.
pthread_join(t1,NULL);
44.
pthread_join(t2,NULL);
45.
return
0;
46.
}
3同步與互斥
<1>互斥鎖
互斥鎖的操作主要包括以下幾個步驟。
•
互斥鎖初始化：pthread_mutex_init
•
互斥鎖上鎖：pthread_mutex_lock
•
互斥鎖判斷上鎖：pthread_mutex_trylock
•
互斥鎖接鎖：pthread_mutex_unlock
•
消除互斥鎖：pthread_mutex_destroy
1.
#include<pthread.h>
2.
#include<stdio.h>
3.
#include<errno.h>
4.
5.
int
i=0;/*共享變數*/
6.
pthread_mutex_t
mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;/*互斥鎖*/
7.
8.
void
thread1()
9.
{
10.
int
ret;
11.
while(1)
12.
{
13.
14.
15.
ret=pthread_mutex_trylock(&mutex);/*判斷上鎖*/
16.
17.
if(ret!=EBUSY)
18.
{
19.
pthread_mutex_lock(&mutex);/*上鎖*/
20.
printf(This
is
thread1:%d/n,i);
21.
i++;
22.
pthread_mutex_unlock(&mutex);/*解鎖*/
23.
}
24.
sleep(1);
25.
}
26.
}
27.
28.
void
thread2()
29.
{int
ret;
30.
while(1)
31.
{
32.
33.
ret=pthread_mutex_trylock(&mutex);
34.
if(ret!=EBUSY)
35.
{
36.
pthread_mutex_lock(&mutex);
37.
printf(This
is
thread2:%d/n,i);
38.
i++;
39.
pthread_mutex_unlock(&mutex);
40.
}
41.
sleep(1);
42.
}
43.
}
44.
int
main()
45.
{
46.
pthread_t
t1,t2;
47.
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
48.
pthread_create(&t1,NULL,(void
*)thread1,NULL);
49.
pthread_create(&t2,NULL,(void
*)thread2,NULL);
50.
51.
pthread_join(t1,NULL);
52.
pthread_join(t2,NULL);
53.
54.
pthread_mutex_destroy(&mutex);
55.
return
0;
56.
}
<2>信號量
未進行同步處理的兩個線程
1.
#include<pthread.h>
2.
#include<stdio.h>
3.
#include<errno.h>
4.
5.
int
i=0;
6.
void
thread1()
7.
{
8.
9.
while(1)
10.
{
11.
printf(This
is
thread1:%d/n,i);
12.
i++;
13.
sleep(1);
14.
}
15.
}
16.
17.
18.
void
thread2()
19.
{
20.
21.
while(1)
22.
{
23.
printf(This
is
thread2:%d/n,i);
24.
i++;
25.
sleep(1);
26.
}
27.
}
28.
29.
int
main()
30.
{
31.
pthread_t
t1,t2;
32.
33.
pthread_create(&t1,NULL,(void
*)thread1,NULL);
34.
pthread_create(&t2,NULL,(void
*)thread2,NULL);

B. linux怎麼查看線程阻塞原因

linux查看線程阻塞原因：pthread_join一般主線程來調用，用來等待子線程退出，因為是等待，所以是阻塞的，一般主線程會依次join所有它創建的子線程。

1)執行top命令，或使用-H選項(顯示所有線程)，找到相關的高CPU的PID。

2)生成thread mp 快照(kill -3 PID)。

3)將top命令輸出PID轉換為HEX格式(16進制)。

4)在thread mp data中搜索nid=<Hex PID>。

5)分析受影響的thread和stack trace，精確定位代碼。

特點：

Linux，全稱GNU/Linux，是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統，是一個基於POSIX的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統。伴隨著互聯網的發展，Linux得到了來自全世界軟體愛好者、組織、公司的支持。

它除了在伺服器方面保持著強勁的發展勢頭以外，在個人電腦、嵌入式系統上都有著長足的進步。使用者不僅可以直觀地獲取該操作系統的實現機制，而且可以根據自身的需要來修改完善Linux，使其最大化地適應用戶的需要。

Linux不僅系統性能穩定，而且是開源軟體。其核心防火牆組件性能高效、配置簡單，保證了系統的安全。在很多企業網路中，為了追求速度和安全，Linux不僅僅是被網路運維人員當作伺服器使用，甚至當作網路防火牆，這是Linux的一大亮點。

Linux具有開放源碼、沒有版權、技術社區用戶多等特點，開放源碼使得用戶可以自由裁剪，靈活性高，功能強大，成本低。尤其系統中內嵌網路協議棧，經過適當的配置就可實現路由器的功能。這些特點使得Linux成為開發路由交換設備的理想開發平台。

C. Linux 多線程編程(二)2019-08-10

三種專門用於線程同步的機制:POSIX信號量,互斥量和條件變數.

在Linux上信號量API有兩組,一組是System V IPC信號量,即PV操作,另外就是POSIX信號量,POSIX信號量的名字都是以sem_開頭.

phshared參數指定信號量的類型,若其值為0,就表示這個信號量是當前進程的局部信號量,否則該信號量可以在多個進程之間共享.value值指定信號量的初始值,一般與下面的sem_wait函數相對應.

其中比較重要的函數sem_wait函數會以原子操作的方式將信號量的值減一,如果信號量的值為零,則sem_wait將會阻塞,信號量的值可以在sem_init函數中的value初始化;sem_trywait函數是sem_wait的非阻塞版本;sem_post函數將以原子的操作對信號量加一,當信號量的值大於0時,其他正在調用sem_wait等待信號量的線程將被喚醒.
這些函數成功時返回0,失敗則返回-1並設置errno.

生產者消費者模型:
生產者對應一個信號量:sem_t procer;
消費者對應一個信號量:sem_t customer;
sem_init(&procer,2)----生產者擁有資源,可以工作;
sem_init(&customer,0)----消費者沒有資源,阻塞;

在訪問公共資源前對互斥量設置（加鎖），確保同一時間只有一個線程訪問數據，在訪問完成後再釋放（解鎖）互斥量.
互斥鎖的運行方式:串列訪問共享資源;
信號量的運行方式:並行訪問共享資源;
互斥量用pthread_mutex_t數據類型表示，在使用互斥量之前，必須使用pthread_mutex_init函數對它進行初始化，注意，使用完畢後需調用pthread_mutex_destroy.

pthread_mutex_init用於初始化互斥鎖，mutexattr用於指定互斥鎖的屬性，若為NULL，則表示默認屬性。除了用這個函數初始化互斥所外，還可以用如下方式初始化：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER。
pthread_mutex_destroy用於銷毀互斥鎖，以釋放佔用的內核資源，銷毀一個已經加鎖的互斥鎖將導致不可預期的後果。

pthread_mutex_lock以原子操作給一個互斥鎖加鎖。如果目標互斥鎖已經被加鎖，則pthread_mutex_lock則被阻塞，直到該互斥鎖佔有者把它給解鎖.
pthread_mutex_trylock和pthread_mutex_lock類似，不過它始終立即返回，而不論被操作的互斥鎖是否加鎖，是pthread_mutex_lock的非阻塞版本.當目標互斥鎖未被加鎖時，pthread_mutex_trylock進行加鎖操作；否則將返回EBUSY錯誤碼。注意：這里討論的pthread_mutex_lock和pthread_mutex_trylock是針對普通鎖而言的，對於其他類型的鎖，這兩個加鎖函數會有不同的行為.
pthread_mutex_unlock以原子操作方式給一個互斥鎖進行解鎖操作。如果此時有其他線程正在等待這個互斥鎖，則這些線程中的一個將獲得它.

三個列印機輪流列印:

輸出結果:

如果說互斥鎖是用於同步線程對共享數據的訪問的話,那麼條件變數就是用於在線程之間同步共享數據的值.條件變數提供了一種線程之間通信的機制:當某個共享數據達到某個值時,喚醒等待這個共享數據的線程.
條件變數會在條件不滿足的情況下阻塞線程.且條件變數和互斥量一起使用，允許線程以無競爭的方式等待特定的條件發生.

其中pthread_cond_broadcast函數以廣播的形式喚醒所有等待目標條件變數的線程,pthread_cond_signal函數用於喚醒一個等待目標條件變數線程.但有時候我們可能需要喚醒一個固定的線程,可以通過間接的方法實現:定義一個能夠唯一標識目標線程的全局變數,在喚醒等待條件變數的線程前先設置該變數為目標線程,然後採用廣播的方式喚醒所有等待的線程,這些線程被喚醒之後都檢查該變數以判斷是否是自己.

採用條件變數+互斥鎖實現生產者消費者模型:

運行結果:

阻塞隊列+生產者消費者

運行結果:

D. linux線程的創建、退出、等待、取消、分離

返回值：成功：0，錯誤：出錯編號。
pthread不是Linux系統默認的庫而是POSIX線程庫。在Linux中將其作為一個庫來使用，因此編譯時需要加上-pthread以顯式鏈接該庫

返回線程ID
線程標識符在進程中是唯一的，即分別屬於兩不同進程的兩個線程可能有相同的線程標識符

retval:返回信息

參數表：
thread: 要等待的線程的pid
retval:用來存儲被等待線程的返回值
返回0：成功；返回錯誤號：失敗
主線程阻塞自己，等待子線程結束，然後回收子線程資源

可以設置線程能否被取消和取消後是否立即執行

參數表
state:PTHREAD_CANCEL_DISABLE或者PTHREAD_CANCEL_ENABLE
oldstate:指針類型，上一次取消狀態的指針，可設NULL

type:PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS立即取消
PTHREAD_CANCEL_DEFERRED等待事件（如pthread_join時）才取消

在任何一個時間點上，線程是可結合的（joinable），或者是分離的（detached）。一個可結合的線程能夠被其他線程收回其資源和殺死,只有當pthread_join（）函數返回時，創建的線程才算終止，才能釋放自己佔用的系統資源；在被其他線程回收之前，它的存儲器資源（如棧）是不釋放的。相反，一個分離的線程是不能被其他線程回收或殺死的，它的存儲器資源在它終止時由系統自動釋放。 因此為了避免內存泄漏，所有線程的終止，要麼已設為DETACHED，要麼就需要使用pthread_join()來回收

返回0成功，錯誤號失敗
分離後不可以再合並。該操作不可逆

綜合以上要想讓子線程總能完整執行（不會中途退出），

註：很多地方參照了黃茹老師主編的《Linux環境高級程序設計》