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，也可以稱爲輕量級進程。線程是在共享內存空間中併發的多道執行路徑，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
是有多個線程控制表及堆棧寄存器，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,
void *(*start_routine)(void *), void *arg))
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（不爲NULL時）
函數返回值  成功：0  出錯：-1

代碼舉例

#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<errno.h>

/*線程1*/
void thread1()
{
    int i=0;

        while(1)
        {
     printf("thread1:%d\n",i);
     if(i>3)
        pthread_exit(0);
     i++;
     sleep(1);
    }
}

/*線程2*/
void thread2()
{
    int i=0;

        while(1)
        {
     printf("thread2:%d\n",i);
     if(i>5)
        pthread_exit(0);
     i++;
     sleep(1);
    }
}

int main()
{
 pthread_t t1,t2;

/*創建線程*/
 pthread_create(&t1,NULL,(void *)thread1,NULL);
 pthread_create(&t2,NULL,(void *)thread2,NULL);
 /*等待線程退出*/
 pthread_join(t1,NULL);
 pthread_join(t2,NULL);
 return 0;
}

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

 

#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<errno.h>

int i=0;/*共享變量*/
pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;/*互斥鎖*/

void thread1()
{
    int ret;
    while(1)
    {


     ret=pthread_mutex_trylock(&mutex);/*判斷上鎖*/

     if(ret!=EBUSY)
        {
        pthread_mutex_lock(&mutex);/*上鎖*/
        printf("This is thread1:%d\n",i);
       i++;
      pthread_mutex_unlock(&mutex);/*解鎖*/
     }
     sleep(1);
    }
}

void thread2()
{int ret;
    while(1)
    {

     ret=pthread_mutex_trylock(&mutex);
     if(ret!=EBUSY)
        {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("This is thread2:%d\n",i);
       i++;
      pthread_mutex_unlock(&mutex);
     }
     sleep(1);
    }
}
int main()
{
 pthread_t t1,t2;
 pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
 pthread_create(&t1,NULL,(void *)thread1,NULL);
 pthread_create(&t2,NULL,(void *)thread2,NULL);

 pthread_join(t1,NULL);
 pthread_join(t2,NULL);

 pthread_mutex_destroy(&mutex);
 return 0;
}

<2>信號量

未進行同步處理的兩個線程

 

#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<errno.h>

int i=0;
void thread1()
{

    while(1)
    {
        printf("This is thread1:%d\n",i);
      i++;
      sleep(1);
  }
}


void thread2()
{

    while(1)
    {
        printf("This is thread2:%d\n",i);
      i++;
      sleep(1);
  }
}

int main()
{
 pthread_t t1,t2;

 pthread_create(&t1,NULL,(void *)thread1,NULL);
 pthread_create(&t2,NULL,(void *)thread2,NULL);

 pthread_join(t1,NULL);
 pthread_join(t2,NULL);

 return 0;
}

執行結果如下：

This is thread1:0
This is thread2:1
This is thread2:2
This is thread1:3
This is thread2:4
This is thread1:4
This is thread2:6
This is thread1:7
......
可以看出：
1.線程2的執行並非必須在線程1之後，如果要求線程2必須在線程1之後執行，稱爲同步
2.線程1和線程2可能對共享變量i的同時進行讀取，如果要求每次只有一個線程讀取i，成爲互斥

信號量的使用
· sem_init用於創建一個信號量，並能初始化它的值。
· sem_wait和sem_trywait相當於P操作，它們都能將信號量的值減一，兩者的區別在於若信號量小於零時，   sem_wait將會阻塞進程，而sem_trywait則會立即返回。
· sem_post相當於V操作，它將信號量的值加一同時發出信號喚醒等待的進程。
· sem_getvalue用於得到信號量的值。
· sem_destroy用於刪除信號量

 

代碼

#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include <semaphore.h>


int i=0;
sem_t sem1,sem2;


void thread1()
{

    while(1)
    {
          sem_wait(&sem1);
        printf("This is thread1:%d\n",i);
      i++;
      sleep(3);/*線程1休眠3s，以便觀察線程2在輸出3s後纔會執行*/
      sem_post(&sem2);

  }
}


void thread2()
{

    while(1)
    {
        sem_wait(&sem2);
        printf("This is thread2:%d\n",i);
      i++;
      sem_post(&sem1);
      sleep(1);
  }
}

int main()
{
 pthread_t t1,t2;



 sem_init(&sem1,0,1);/*初始化信號量sem1*/
 sem_init(&sem2,0,0);

 pthread_create(&t1,NULL,(void *)thread1,NULL);
 pthread_create(&t2,NULL,(void *)thread2,NULL);

 pthread_join(t1,NULL);
 pthread_join(t2,NULL);

 return 0;
}

 

 

#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include <semaphore.h>


int i=0;
sem_t sem;


void thread1()
{

    while(1)
    {
          sem_wait(&sem);
        printf("This is thread1:%d\n",i);
      i++;
      sleep(3);/*線程1休眠3s，以便觀察線程2在輸出3s後纔會執行*/
      sem_post(&sem);

  }
}


void thread2()
{

    while(1)
    {
        sem_wait(&sem);
        printf("This is thread2:%d\n",i);
      i++;
      sem_post(&sem);
      sleep(1);
  }
}

int main()
{
 pthread_t t1,t2;



 sem_init(&sem,0,1);/*初始化信號量sem*/

 pthread_create(&t1,NULL,(void *)thread1,NULL);
 pthread_create(&t2,NULL,(void *)thread2,NULL);

 pthread_join(t1,NULL);
 pthread_join(t2,NULL);

 return 0;
}

 

A 1 讀寫鎖

～讀加鎖狀態，若試圖以讀模式加鎖，則獲得訪問權，若試圖以寫模式加鎖，則阻塞

 

int i=0;/*共享變量*/
pthread_rwlock_t rwlock;/*互斥鎖*/

void thread1()
{
    while(1)
    {
       pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);/*讀加鎖*/
       printf("This is thread1:%d\n",i);
       i++;
       pthread_rwlock_unlock(&rwlock);/*解鎖*/
     sleep(1);
    }
}

void thread2()
{
    while(1)
    {
        pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
        printf("This is thread2:%d\n",i);
       i++;
      pthread_rwlock_unlock(&rwlock);

     sleep(1);
    }
}
int main()
{
 pthread_t t1,t2;
 pthread_rwlock_init(&rwlock,NULL);  /*初始化*/
 pthread_create(&t1,NULL,(void *)thread1,NULL);
 pthread_create(&t2,NULL,(void *)thread2,NULL);

 pthread_join(t1,NULL);
 pthread_join(t2,NULL);

 pthread_rwlock_destroy(&rwlock);  /*銷燬*/
 return 0;
}

結果:

This is thread2:0
This is thread1:0
This is thread2:2
This is thread1:2
This is thread2:4
This is thread1:4
This is thread2:6
This is thread1:6
This is thread2:8
This is thread1:9
可以看到 ，線程1以讀模式加鎖後，線程2以讀模式加鎖，未阻塞，可以訪問變量i，

當將線程2改爲寫模式加鎖後，結果爲：

This is thread2:0
This is thread1:1
This is thread2:2
This is thread1:3
This is thread2:4
This is thread1:5
This is thread1:6
This is thread2:7
This is thread1:8
This is thread2:9
此時，線程2會處於阻塞，直至線程1釋放鎖。

～寫加鎖狀態，若試圖加鎖，則線程將阻塞，直至釋放鎖