進程和線程（續）

線程

1.線程傳參

• 使用第四個參數實現對線程內部的傳參

  代碼實現：

  #include <stdio.h>
  #include <string.h>
  #include <dirent.h>
  #include <sys/types.h>
  #include <pthread.h>
  #include <unistd.h>typedef struct pthread_arg{pthread_t tid;char threadname[32];int sleeptime;
  }pthread_arg_t;void *thread(void *arg){pthread_arg_t *parg = arg;printf("%s(TID:%#lx)開始執行\n",parg->threadname,parg->tid);while(1){printf("%s正在執行\n",parg->threadname);sleep(parg->sleeptime);}return NULL;
  }int main(void){int i = 0;pthread_arg_t args[4] = {{0,"采集線程", 1},{0, "存儲線程", 2},{0, "顯示線程", 5},{0, "日志線程", 10}};for(i = 0;i < 4;i++){pthread_create(&args[i].tid,NULL,thread,&args[i]);}for(i = 0;i < 4;i++){pthread_join(args[i].tid,NULL);}return 0;
  }
  

2.線程屬性

• 加入屬性：線程結束需要pthread_join手動回收，但是可以完成線程間同步
• 分離屬性：線程結束后系統自動回收線程空間

1. pthread_attr_init

   原型：int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
   功能：線程屬性初始化
   參數：attr：線程屬性空間的首地址
   

2. pthread_attr_setdetachstate

   原型：int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
   功能：將線程屬性設置為分離屬性
   參數：attr：線程屬性空間的首地址detachstate：屬性PTHREAD_CREATE_DETACHED	分離屬性PTHREAD_CREATE_JOINABLE	加入屬性
   

3. pthread_attr_destroy

   原型：int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
   功能：線程屬性銷毀
   參數：attr：線程屬性空間的首地址
   

3.線程間通信

1.概念

• 多個線程間傳遞信息

2.方式

采用全局變量

• 原因：進程是操作系統分配的最小單元；每個進程空間獨立，包含文本段，數據段（全局變量），系統數據段；一個進程中的多個線程獨享棧空間，而文本段，數據段，堆區進程多線程共享
• 多線程同時操作共享空間會引發資源競爭，需要加上互斥鎖解決資源競爭問題

3.互斥鎖

1. 概念

   • 解決資源競爭的一種方式，可以看成是一種資源

   • 只能加鎖一次，加鎖期間不能再次加鎖，也不能強制占有一個已經加鎖的鎖資源，必須等待鎖資源釋放，也就是解鎖后才能繼續操作該鎖

   • 加鎖和解鎖中間的代碼稱為臨界代碼，也稱為臨界區

   • 只能防止多個線程對資源的競爭，不能決定代碼的先后執行順序

   • 原子操作：CPU執行原子操作時無法切換調度任務

2. 使用方式

   • 定義互斥鎖
   • 對鎖初始化
   • 操作全局資源前先加鎖
   • 如果加鎖成功則完成對全局資源操作
   • 如果加鎖失敗則表示有人占用資源，必須等待其余人釋放鎖資源才能加鎖成功
   • 直到加鎖成功使用該全局資源

3. 函數接口

   1. pthread_mutex_init

      原型：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
      功能：初始化互斥鎖
      參數:mutex:互斥鎖空間首地址attr:屬性，默認為NULL
      返回值：成功返回0失敗返回-1
      

   2. pthread_mutex_lock

      原型：int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
      功能：互斥鎖加
      

   3. pthread_mutex_unlock

      原型：int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
      功能：互斥鎖解
      

   4. pthread_mutex_destroy

      原型：int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
      功能：互斥鎖銷毀
      

4.死鎖

1. 概念
   • 多線程由于加鎖解鎖不合理導致程序無法繼續向下運行的狀態
2. 產生的條件
   • 互斥條件
   • 不可剝奪條件
   • 請求保持條件
   • 循環等待條件
3. 避免死鎖
   • 加鎖順序保持一致
   • 使用pthread_mutex_trylock替換pthread_mutex_lock

5.信號量

1. 概念

   • 信號量是一種資源
   • 信號量只能完成初始化，銷毀，申請，釋放四種操作
   • 如果信號量資源數為0，申請資源會阻塞等待，直到占用資源的任務釋放資源，資源數不為0時才能申請到資源并繼續向下執行
   • 釋放資源不會阻塞

2. 函數接口

   1. sem_init

      原型：int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
      功能：初始化信號量
      參數：sem：信號空間首地址pshared：0：一個進程的多個線程間共享！0：多個進程間共享value：初始化的資源的值	
      返回值：成功返回0失敗返回-1
      

   2. sem_destroy

      原型：int sem_destroy(sem_t *sem);
      功能：銷毀信號量
      參數：sem：信號量空間的首地址
      返回值：成功返回0失敗返回-1
      

   3. sem_wait

      原型：int sem_wait(sem_t *sem);
      功能：申請信號量
      參數：sem：信號量空間的首地址
      返回值：成功返回0失敗返回-1
      

      • 申請信號量會使信號量資源數為-1
      • 如果信號量資源數為0，則會阻塞等待，直到有任務釋放資源，才能拿到資源并繼續向下執行

   4. sem_post

      原型：int sem_post(sem_t *sem);
      功能：
      釋放信號量
      參數：
      sem:信號量空間首地址
      返回值:
      成功返回0
      失敗返回-1
      

習題

編寫三個線程任務，線程一循環打印‘A’,線程一循環打印‘B’,線程一循環打印‘C’,要求打印出的字符順序總為ABC

代碼實現：

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<semaphore.h>sem_t sem_wa;
sem_t sem_wb;
sem_t sem_wc;void *thread1(void *arg){while(1){sem_wait(&sem_wa);printf("A\n");sem_post(&sem_wb);}return NULL;
}
void *thread2(void *arg){while(1){sem_wait(&sem_wb);printf("B\n");sem_post(&sem_wc);}return NULL;
}
void *thread3(void *arg){while(1){sem_wait(&sem_wc);printf("C\n");sem_post(&sem_wa);}return NULL;
}int main(void){pthread_t tid1;pthread_t tid2;pthread_t tid3;sem_init(&sem_wa,0,1);sem_init(&sem_wb,0,0);sem_init(&sem_wc,0,0);pthread_create(&tid1,NULL,thread1,NULL);pthread_create(&tid2,NULL,thread2,NULL);pthread_create(&tid3,NULL,thread3,NULL);pthread_join(tid1,NULL);pthread_join(tid2,NULL);pthread_join(tid3,NULL);sem_destroy(&sem_wa);sem_destroy(&sem_wb);sem_destroy(&sem_wc);return 0;
}