linux系統(tǒng)線程的結構分析.doc

Linux系統(tǒng)線程的結構分析摘要：本文介紹了線程技術，并對linux系統(tǒng)線程的ID，標識，創(chuàng)建步驟，以及線程的同步和互斥進行進行講解分析 。關鍵詞：線程，linux，同步，互斥1 引言線程技術早在60年代就被提出，但真正應用多線程到操作系統(tǒng)中去，是在80年代中期。為了改善Linux Thread問題，根據新內核機制重新編寫線程庫, 改善Linux對線程的支持，由IBM主導的新一代POSIX線程庫（Next Generation POSIX Threads，簡稱為NGPT）NGPT項目在2002年啟動，為了避免出現有多個Linux線程標準，該項目在2003年停止并由Red Hat主導的本地化POSIX線程庫 (Native POSIX Thread Library，簡稱為NTPL)，該項目最早在Red Hat Linux9中被支持，現在已經成為GNU C函數庫的一部分，同時也成為Linux線程的標準。使用多線程的理由之一是和進程相比，它是一種非常節(jié)儉的多任務操作方式。我們知道，在Linux系統(tǒng)下，啟動一個新的進程必須分配給它獨立的地址空間，建立眾多的數據表來維護它的代碼段、堆棧段和數據段，這是一種昂貴的多任務工作方式。而運行于一個進程中的多個線程，它們彼此之間使用相同的地址空間，共享大部分數據，啟動一個線程所花費的空間遠遠小于啟動一個進程所花費的空間，而且，線程間彼此切換所需的時間也遠遠小于進程間切換所需要的時間。據統(tǒng)計，總的說來，一個進程的開銷大約是一個線程開銷的30倍左右，當然，在具體的系統(tǒng)上，這個數據可能會有較大的區(qū)別。使用多線程的理由之二是線程間方便的通信機制。對不同進程來說，它們具有獨立的數據空間，要進行數據的傳遞只能通過通信的方式進行，這種方式不僅費時，而且很不方便。線程則不然，由于同一進程下的線程之間共享數據空間，所以一個線程的數據可以直接為其它線程所用，這不僅快捷，而且方便。當然，數據的共享也帶來其他一些問題，有的變量不能同時被兩個線程所修改，有的子程序中聲明為static的數據更有可能給多線程程序帶來災難性的打擊，這些正是編寫多線程程序時最需要注意的地方。除了以上所說的優(yōu)點外，不和進程比較，多線程程序作為一種多任務、并發(fā)的工作方式，當然有以下的優(yōu)點：1) 提高應用程序響應。這對圖形界面的程序尤其有意義，當一個操作耗時很長時，整個系統(tǒng)都會等待這個操作，此時程序不會響應鍵盤、鼠標、菜單的操作，而使用多線程技術，將耗時長的操作（time consuming）置于一個新的線程，可以避免這種尷尬的情況。2) 使多CPU系統(tǒng)更加有效。操作系統(tǒng)會保證當線程數不大于CPU數目時，不同的線程運行于不同的CPU上。3) 改善程序結構。一個既長又復雜的進程可以考慮分為多個線程，成為幾個獨立或半獨立的運行部分，這樣的程序會利于理解和修改。2.線程結構線程ID線程ID只在它所屬的進程環(huán)境中有效，用函數: pthread_self( )實現。線程標識線程標識pthread_t類型通常用結構來表示，不能把它作為整數處理，因為Linux使用無符號長整數表示。為了移植，使用函數 pthread_equal( )來比較線程ID。創(chuàng)建線程的步驟：1.調用該線程函數的入口點；2.使用函數pthread_create()，線程創(chuàng)建后，就開始運行相關的線程函數。退出線程：在線程函數運行完后，該線程也就退出了或者使用函數pthread_exit()，這是線程的主動行為。當調用進程終止，所有線程都終止了。等待線程由于一個進程中的多個線程是共享數據段的，通常在線程退出之后，退出線程所占用的資源并不會隨著線程的終止而得到釋放。取消線程被取消的線程可以設置自己的取消狀態(tài)，被取消的線程接收到另一個線程的取消請求之后，是接受還是忽略這個請求，如果接受，是立刻進行終止操作還是等待某個函數的調用等。線程同步與互斥線程共享進程的資源和地址空間，對這些資源進行操作時，必須考慮線程間同步與互斥問題。線程的三種同步機制：互斥鎖、信號量、條件變量，其中互斥鎖更適合同時可用的資源是惟一的情況，信號量更適合同時可用的資源為多個的情況。互斥鎖是用簡單的加鎖方法控制對共享資源的原子操作，可把互斥鎖看作某種意義上的全局變量，它只有兩種狀態(tài): 上鎖、解鎖。在同一時刻只能有一個線程掌握某個互斥鎖，擁有上鎖狀態(tài)的線程能夠對共享資源進行操作。若其他線程希望上鎖一個已經被上鎖的互斥鎖,則該線程就會掛起，直到上鎖的線程釋放掉互斥鎖為止，互斥鎖保證讓每個線程對共享資源按順序進行原子操作?；コ怄i主要包括下面的基本函數：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()互斥鎖解鎖：pthread_mutex_unlock()消除互斥鎖：pthread_mutex_destroy()1 #include 2 #include 3 #include 4 #include 5 6 #define THREAD_NUM 3 7 #define REPEAT_TIMES 5 8 #define DELAY 4 9 10 sem_t semTHREAD_NUM;11 12 void *thrd_func(void *arg);13 14 int main()15 pthread_t threadTHREAD_NUM;16 int no;17 void *tret;18 19 srand(int)time(0); 20 21 / 初始化THREAD_NUM-1個信號量，均初始化為022 for(no=0;noTHREAD_NUM-1;no+)23 sem_init(&semno,0,0);24 25 26 / sem2信號量初始化為1，即sem數組中最后一個信號量27 sem_init(&sem2,0,1);28 29 / 創(chuàng)建THREAD_NUM個線程，入口函數均為thrd_func，參數為(void*)no30 for(no=0;noTHREAD_NUM;no+)31 if (pthread_create(&threadno,NULL,thrd_func,(void*)no)!=0) 32 printf(Create thread %d error!n,no);33 exit(1);34 else35 printf(Create thread %d success!n,no);36 37 38 / 逐個join掉THREAD_NUM個線程39 for(no=0;noTHREAD_NUM;no+)40 if (pthread_join(threadno,&tret)!=0)41 printf(Join thread %d error!n,no);42 exit(1);43 else44 printf(Join thread %d success!n,no);45 46 47 / 逐個取消信號量48 for(no=0;noTHREAD_NUM;no+)49 sem_destroy(&semno);50 51 52 return 0;53 54 55 void *thrd_func(void *arg)56 int thrd_num=(void*)arg; / 參數no57 int delay_time,count;58 59 / 帶有阻塞的p操作60 sem_wait(&semthrd_num);61 62 63 printf(Thread %d is starting.n,thrd_num);64 for(count=0;countREPEAT_TIMES;count+) 65 delay_time=(int)(DELAY*(rand()/(double)RAND_MAX)+1;66 sleep(delay_time);67 printf(tThread %d:job %d delay =%d.n,thrd_num,count,delay_time);68 69 70 printf(Thread %d