【回眸】Linux 內核 (十五) 之 多線程編程 上

前言

進程和線程 區別

線程API

1.創建線程

2.線程退出?

3.線程等待

4.線程脫離

5.?線程ID獲取及比較?

6.創建及銷毀互斥鎖

7.創建及銷毀條件變量

?8.?等待

9.觸發

多線程編程?

后記

前言

高產的幾天。

進程和線程 區別

進程——資源分配的最小單位，線程——程序執行的最小單位

進程有獨立的地址空間，線程沒有單獨的地址空間（同一進程內的線程共享進程的地址空間）。

線程API

多線程開發在 Linux 平臺上已經有成熟的 pthread 庫支持。其涉及的多線程開發的最基本概念主要包含三點：線程，互斥鎖，條件。其中，線程操作又分線程的創建，退出，等待 3 種。互斥鎖則包括 4 種操作，分別是創建，銷毀，加鎖和解鎖。條件操作有 5 種操作：創建，銷毀，觸發，廣播和等待。

1.創建線程

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg);
// 返回：若成功返回0，否則返回錯誤編號

2.線程退出?

#include <pthread.h>
int pthread_exit(void *rval_ptr);

3.線程等待

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **rval_ptr);
// 返回：若成功返回0，否則返回錯誤編號

4.線程脫離

#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);
// 返回：若成功返回0，否則返回錯誤編號

5.?線程ID獲取及比較?

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);
// 返回：調用線程的ID
#include <pthread.h>
int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2);
// 返回：若相等則返回非0值，否則返回0

6.創建及銷毀互斥鎖

#include <pthread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t mutex);
// 返回：若成功返回0，否則返回錯誤編號
#include <pthread.h>
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
// 返回：若成功返回0，否則返回錯誤編號

7.創建及銷毀條件變量

#include <pthread.h>
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t cond);
// 返回：若成功返回0，否則返回錯誤編號

?8.?等待

#include <pthread.h>
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, cond struct timespec *restrict timeout);
// 返回：若成功返回0，否則返回錯誤編號

9.觸發

#include <pthread.h>
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t cond);
// 返回：若成功返回0，否則返回錯誤編號

多線程編程?

thread1.c(線程創建)

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>void *func1(void *arg){printf("t1:%ld thread is created.\n",(unsigned long)pthread_self());
printf("t1:param is %d\n",*((int *)arg));}int main(){
int ret;
int param =100;
pthread_t t1;
ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)&param);
if(ret == 0){
printf("main:Create t1 sucess.\n");
}
printf("mainID:%ld .\n",(unsigned long)pthread_self());
while(1);return 0;
}

thread2.c（等待和退出，傳整數）

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>void *func1(void *arg){
static int ret = 10;
printf("t1:%ld thread is created.\n",(unsigned long)pthread_self());
printf("t1:param is %d\n",*((int *)arg));
pthread_exit((void *)&ret);}int main(){
int ret;
int param =100;
int *pret;
pthread_t t1;
ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)&param);
if(ret == 0){
printf("main:Create t1 sucess.\n");
}
printf("mainID:%ld .\n",(unsigned long)pthread_self());
//while(1);
pthread_join(t1,(void **)&pret);
printf("main:t1 exit. ret = %d\n", *pret);
return 0;
}

thread3.c（等待和退出 傳字符串）?

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>void *func1(void *arg){
static char *p = "t1 pijiuya1 is runing.\n";
printf("t1:%ld thread is created.\n",(unsigned long)pthread_self());
printf("t1:param is %d\n",*((int *)arg));
pthread_exit((void *)p);//退出}int main(){
int ret;
int param =100;
char *pret = NULL;
pthread_t t1;
ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)&param);
if(ret == 0){
printf("main:Create t1 sucess.\n");
}
printf("mainID:%ld .\n",(unsigned long)pthread_self());
//while(1);
pthread_join(t1,(void **)&pret);//等待
printf("main:t1 exit. ret = %s\n", pret);
return 0;
}

thread4.c（創建2個）

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>void *func1(void *arg){
static int ret = 10;
printf("t1:%ld thread is created.\n",(unsigned long)pthread_self());
printf("t1:param is %d\n",*((int *)arg));
pthread_exit((void *)&ret);}int main(){
int ret;
int param =100;
int *pret;
pthread_t t1;
ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)&param);
if(ret == 0){
printf("main:Create t1 sucess.\n");
}
printf("mainID:%ld .\n",(unsigned long)pthread_self());
//while(1);
pthread_join(t1,(void **)&pret);
printf("main:t1 exit. ret = %d\n", *pret);
return 0;
}

?thread5.c（創建2個且打印順序發現多線程共享同一段內存【順序沒有重復】）

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>int g_data = 0;
void *func1(void *arg){printf("t1:%ld thread is created.\n",(unsigned long)pthread_self());
printf("t1:param is %d\n",*((int *)arg));
while(1){
printf("t1:%d\n",g_data++);
sleep(1);
};}
void *func2(void *arg){
printf("t2:%ld thread is created.\n",(unsigned long)pthread_self());
printf("t2:param is %d\n",*((int *)arg));
while(1){
printf("t2:%d\n",g_data++);
sleep(1);
};}
int main(){
int ret;
int param =100;
pthread_t t1;
pthread_t t2;
ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)&param);
if(ret == 0){
printf("main:Create t1 sucess.\n");
}
printf("mainID:%ld .\n",(unsigned long)pthread_self());
ret = pthread_create(&t2,NULL,func2,(void *)&param);
if(ret == 0){
printf("main:Create t2 sucess.\n");
}
printf("mainID:%ld .\n",(unsigned long)pthread_self());
while(1){
printf("main:%d\n",g_data++);
sleep(1);
};
pthread_join(t1,NULL);//等待
pthread_join(t2,NULL);//等待
return 0;
}

?

搶占資源是隨機的，每次運行的結果不盡相同。

thread6.c(創建3個線程并且加鎖，讓t1優先運行且不被t2 t3 打斷，t1 釋放鎖后，t3和t2競爭資源)

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>pthread_mutex_t mutex;
pthread_attr_t attr;
void *func1(void *arg){
int i ;
pthread_mutex_lock(&mutex);//保證t1優先
for(i = 0;i<5;i++){
printf("t1:%ld thread is created.\n",(unsigned long)pthread_self());
printf("t1:param is %d\n",*((int *)arg));
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);}
void *func2(void *arg){
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("t2:%ld thread is created.\n",(unsigned long)pthread_self());
printf("t2:param is %d\n",*((int *)arg));
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
void *func3(void *arg){
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("t3:%ld thread is created.\n",(unsigned long)pthread_self());
printf("t3:param is %d\n",*((int *)arg));
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
int main(){
int ret;
int param =100;
pthread_t t1;
pthread_t t2;
pthread_t t3;
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)&param);
if(ret == 0){
printf("main:Create t1 sucess.\n");
}
ret = pthread_create(&t2,NULL,func2,(void *)&param);
if(ret == 0){
printf("main:Create t2 sucess.\n");
}
ret = pthread_create(&t3,NULL,func3,(void *)&param);
if(ret == 0){
printf("main:Create t3 sucess.\n");
}
printf("mainID:%ld .\n",(unsigned long)pthread_self());pthread_join(t1,NULL);//等待
pthread_join(t2,NULL);//等待
pthread_join(t3,NULL);//等待
pthread_attr_destroy(&attr);
return 0;
}

?

?thread7.c（fun1先運行到10退出鎖，func2后運行不退出）

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>pthread_mutex_t mutex;
pthread_attr_t attr;
int g_data = 0;
void *func1(void *arg){
pthread_mutex_lock(&mutex);//保證t1優先
while(1){
printf("t1:%d\n",g_data++);
sleep(1);
if (g_data == 10){
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_exit(NULL);
}
}}
void *func2(void *arg){printf("t2:%ld thread is created.\n",(unsigned long)pthread_self());
printf("t2:param is %d\n",*((int *)arg));
while(1){
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("t2:%d\n",g_data);
g_data++;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(1); 
}
}
int main(){
int ret;
int param =100;
pthread_t t1;
pthread_t t2;
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)&param);
if(ret == 0){
printf("main:Create t1 sucess.\n");
}
ret = pthread_create(&t2,NULL,func2,(void *)&param);
if(ret == 0){
printf("main:Create t2 sucess.\n");
}
printf("mainID:%ld .\n",(unsigned long)pthread_self());
printf("main:g_data = %d.\n",g_data);
pthread_join(t1,NULL);//等待
pthread_join(t2,NULL);//等待
pthread_attr_destroy(&attr);
return 0;
}

后記

內容實在是有點多，故而分兩篇博文。這個多線程的內容在Java里代碼很少，回顧了linux這里的互斥鎖，感受更加不一樣，比當時更加理解了互斥鎖的問題。

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