Linux下多线程编程

使用多线程的理由

 

      使用多线程的理由之一是和进程相比，它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。在Linux系统下，启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段，这是一种"昂贵"的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程，它们彼此之间使用相同的地址空间，共享大部分数据，启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。

 

　　使用多线程的理由之二是线程间方便的通信机制。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。线程则不然，由于同一进程下的线程之间共享数据空间，所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用，这不仅快捷，而且方便。当然，数据的共享也带来其他一些问题，有的变量不能同时被两个线程所修改，有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击，这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。

 

　　除了以上所说的优点外，多线程程序作为一种多任务、并发的工作方式，还具有以下的优点：

 

　　(1) 提高应用程序响应。这对图形界面的程序尤其有意义，当一个操作耗时很长时，整个系统都会等待这个操作，此时程序不会响应键盘、鼠标、菜单的操作，而使用多线程技术，将耗时长的操作（time consuming）置于一个新的线程，可以避免这种尴尬的情况。

 

　　(2) 使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时，不同的线程运行于不同的CPU上。

 

　　(3) 改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程，成为几个独立或半独立的运行部分，这样的程序会利于理解和修改。

 

 

Linux下的多线程pthread

 

       Linux系统下的多线程遵循POSIX线程接口，称为pthread。编写Linux下的多线程程序，需要使用头文件pthread.h，连接时需要使用库libpthread.a。Linux下pthread的实现是通过系统调用clone（）来实现的。clone（）是Linux所特有的系统调用，它的使用方式类似fork。

 

/* example.c*/
#include ＜stdio.h＞
#include ＜pthread.h＞
void thread(void)
{
　int i;
　for(i = 0; i < 3; i++)
　　printf("This is a pthread.n");
}

int main(void)
{
　pthread_t id;
　int i, ret;
　ret = pthread_create(&id, NULL, (void *) thread, NULL);
　if(ret != 0){
　　printf ("Create pthread error!n");
　　exit (1);
　}

　for(i = 0; i < 3; i++)
　　printf("This is the main process.n");
　pthread_join(id, NULL);
　return (0);
}

 

　　我们编译此程序：

 

gcc example1.c -lpthread -o example1

 

　　运行example1，得到如下结果：

 

This is the main process.
This is a pthread.
This is the main process.
This is the main process.
This is a pthread.
This is a pthread.

 

      再次运行，可能得到如下结果：

 

This is a pthread.
This is the main process.
This is a pthread.
This is the main process.
This is a pthread.
This is the main process.

 

　　前后两次结果不一样，这是两个线程争夺CPU资源的结果。上面的示例中，我们使用到了两个函数，pthread_create和pthread_join，并声明了一个pthread_t型的变量。

 

　　pthread_t在头文件/usr/include/bits/pthreadtypes.h中定义：

 

　　typedef unsigned long int pthread_t;

 

　　它是一个线程的标识符。函数pthread_create用来创建一个线程，它的原型为：

 

extern int pthread_create __P ((pthread_t *__thread, __const pthread_attr_t *__attr,void *(*__start_routine) (void *), void *__arg));

 

　　第一个参数为指向线程标识符的指针，第二个参数用来设置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。这里，我们的函数thread不需要参数，所以最后一个参数设为空指针。第二个参数我们也设为空指针，这样将生成默认属性的线程。对线程属性的设定和修改我们将在下一节阐述。当创建线程成功时，函数返回0，若不为0则说明创建线程失败，常见的错误返回代码为EAGAIN和EINVAL。前者表示系统限制创建新的线程，例如线程数目过多了；后者表示第二个参数代表的线程属性值非法。创建线程成功后，新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数，原来的线程则继续运行下一行代码。

 

　　函数pthread_join用来等待一个线程的结束。函数原型为：

 

　　extern int pthread_join __P ((pthread_t __th, void **__thread_return));

 

　　第一个参数为被等待的线程标识符，第二个参数为一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值。这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止，当函数返回时，被等待线程的资源被收回。一个线程的结束有两种途径，一种是象我们上面的例子一样，函数结束了，调用它的线程也就结束了；另一种方式是通过函数pthread_exit来实现。它的函数原型为：

 

　　extern void pthread_exit __P ((void *__retval)) __attribute__ ((__noreturn__));

 

　　唯一的参数是函数的返回代码，只要pthread_join中的第二个参数thread_return不是NULL，这个值将被传递给 thread_return。最后要说明的是，一个线程不能被多个线程等待，否则第一个接收到信号的线程成功返回，其余调用pthread_join的线程则返回错误代码ESRCH。