進程與線程

參考:http://www.cnblogs.com/engine1984/archive/2007/08/22/865562.html

http://www.cppblog.com/suiaiguo/archive/2009/07/23/90904.html

http://blog.csdn.net/feixiaoxing/article/details/7243664


進程概念
  進程是表示資源分配的基本單位,又是調度運行的基本單位。例如,用戶運行自己的程序,系統就創建一個進程,併爲它分配資源,包括各種表格、內存空間、磁盤空間、I/O設備等。然後,把該進程放人進程的就緒隊列。進程調度程序選中它,爲它分配CPU以及其它有關資源,該進程才真正運行。所以,進程是系統中的併發執行的單位。
  在Mac、Windows NT等採用微內核結構的操作系統中,進程的功能發生了變化:它只是資源分配的單位,而不再是調度運行的單位。在微內核系統中,真正調度運行的基本單位是線程。因此,實現併發功能的單位是線程。
線程概念
  線程是進程中執行運算的最小單位,亦即執行處理機調度的基本單位。如果把進程理解爲在邏輯上操作系統所完成的任務,那麼線程表示完成該任務的許多可能的子任務之一。例如,假設用戶啓動了一個窗口中的數據庫應用程序,操作系統就將對數據庫的調用表示爲一個進程。假設用戶要從數據庫中產生一份工資單報表,並傳到一個文件中,這是一個子任務;在產生工資單報表的過程中,用戶又可以輸人數據庫查詢請求,這又是一個子任務。這樣,操作系統則把每一個請求――工資單報表和新輸人的數據查詢表示爲數據庫進程中的獨立的線程。線程可以在處理器上獨立調度執行,這樣,在多處理器環境下就允許幾個線程各自在單獨處理器上進行。操作系統提供線程就是爲了方便而有效地實現這種併發性
引入線程的好處
(1)易於調度。
(2)提高併發性。通過線程可方便有效地實現併發性。進程可創建多個線程來執行同一程序的不同部分。
(3)開銷少。創建線程比創建進程要快,所需開銷很少。。
(4)利於充分發揮多處理器的功能。通過創建多線程進程(即一個進程可具有兩個或更多個線程),每個線程在一個處理器上運行,從而實現應用程序的併發性,使每個處理器都得到充分運行。
進程和線程的關係
(1)一個線程只能屬於一個進程,而一個進程可以有多個線程,但至少有一個線程。
(2)資源分配給進程,同一進程的所有線程共享該進程的所有資源。
(3)處理機分給線程,即真正在處理機上運行的是線程。
(4)線程在執行過程中,需要協作同步。不同進程的線程間要利用消息通信的辦法實現同步。



我們要操作線程,就必須依賴於操作系統提供的接口。下面我們來簡要介紹一下操作系統提供的跟線程相關的API函數:

HANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
                DWORD dwStackSize,
                LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,
                LPVOID lpParameter,
                DWORD dwCreationFlags,
                LPDWORD lpThreadId);

該函數在其調用進程的進程空間裏創建一個新的線程,並返回已建線程的句柄,其中各參數說明如下:
lpThreadAttributes:指向一個 SECURITY_ATTRIBUTES 結構的指針,該結構決定了線程的安全屬性,一般置爲 NULL;
dwStackSize:指定了線程的堆棧深度,一般都設置爲0;
lpStartAddress:表示新線程開始執行時代碼所在函數的地址,即線程的起始地址。一般情況爲(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadProcess,ThreadProcess 是線程函數名;
lpParameter:指定了線程執行時傳送給線程的32位參數,即線程函數的參數;
dwCreationFlags:控制線程創建的附加標誌,可以取兩種值。如果該參數爲0,線程在被創建後就會立即開始執行;如果該參數爲CREATE_SUSPENDED,則系統產生線程後,該線程處於掛起狀態,並不馬上執行,直至函數ResumeThread被調用;
lpThreadId:該參數返回所創建線程的ID;
如果創建成功則返回線程的句柄,否則返回NULL。

DWORD SuspendThread(HANDLE hThread);

該函數用於掛起指定的線程,如果函數執行成功,則線程的執行被終止。


DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);

該函數用於結束線程的掛起狀態,執行線程。

VOID ExitThread(DWORD dwExitCode);

該函數用於“線程終結自身的執行”,主要在“線程的執行函數中"被調用。其中參數dwExitCode用來設置線程的退出碼。

BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);

一般情況下,線程運行結束之後,線程函數正常返回,但是應用程序可以調用TerminateThread強行終止某一線程的執行。各參數含義如下:
hThread:將被終結的線程的句柄;
dwExitCode:用於指定線程的退出碼。
使用TerminateThread()終止某個線程的執行是不安全的,可能會引起系統不穩定;雖然該函數立即終止線程的執行,但並不釋放線程所佔用的資源。因此,一般不建議使用該函數

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Linux“線程”

    進程與線程之間是有區別的,不過Linux內核只提供了輕量進程的支持,未實現線程模型。Linux是一種“多進程單線程”的操作系統。Linux本身只有進程的概念,而其所謂的“線程”本質上在內核裏仍然是進程。

    大家知道,進程是資源分配的單位,同一進程中的多個線程共享該進程的資源(如作爲共享內存的全局變量)。Linux中所謂的“線程”只是在被創建時clone了父進程的資源,因此clone出來的進程表現爲“線程”,這一點一定要弄清楚。因此,Linux“線程”這個概念只有在打冒號的情況下才是最準確的。

    目前Linux中最流行的線程機制爲LinuxThreads,所採用的就是線程-進程“一對一”模型,調度交給核心,而在用戶級實現一個包括信號處理在內的線程管理機制。LinuxThreads由Xavier Leroy ([email protected])負責開發完成,並已綁定在GLIBC中發行,它實現了一種BiCapitalized面向Linux的Posix 1003.1c “pthread”標準接口。Linuxthread可以支持Intel、Alpha、MIPS等平臺上的多處理器系統。

  按照POSIX 1003.1c 標準編寫的程序與Linuxthread 庫相鏈接即可支持Linux平臺上的多線程,在程序中需包含頭文件pthread. h,在編譯鏈接時使用命令:

gcc -D -REENTRANT -lpthread xxx. c


  其中-REENTRANT宏使得相關庫函數(如stdio.h、errno.h中函數) 是可重入的、線程安全的(thread-safe),-lpthread則意味着鏈接庫目錄下的libpthread.a或libpthread.so文件。使用Linuxthread庫需要2.0以上版本的Linux內核及相應版本的C庫(libc 5.2.18、libc 5.4.12、libc 6)。


2.“線程”控制

  線程創建

  進程被創建時,系統會爲其創建一個主線程,而要在進程中創建新的線程,則可以調用pthread_create:

extern int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *
(start_routine)(void*), void *arg);

pthread_t在頭文件/usr/include/bits/pthreadtypes.h中定義:
  typedef unsigned long int pthread_t;
  它是一個線程的標識符。第二個參數用來設置線程屬性,

  start_routine爲新線程的入口函數,arg爲傳遞給start_routine的參數。

當創建線程成功時,函數返回0,若不爲0則說明創建線程失敗,常見的錯誤返回代碼爲EAGAIN和EINVAL。前者表示系統限制創建新的線程,例如線程數目過多了;後者表示第二個參數代表的線程屬性值非法。創建線程成功後,新創建的線程則運行參數三和參數四確定的函數,原來的線程則繼續運行下一行代碼。

一個線程也可以在創建後使用pthread_self()調用獲取自己的線程ID:

pthread_self (void) ;

三 pthread_join

函數pthread_join用來等待一個線程的結束。函數原型爲:
  extern int pthread_join __P ((pthread_t __th, void **__thread_return));
  第一個參數爲被等待的線程標識符,第二個參數爲一個用戶定義的指針,它可以用來存儲被等待線程的返回值。這個函數是一個線程阻塞的函數,調用它的函數將一直等待到被等待的線程結束爲止,當函數返回時,被等待線程的資源被收回。一個線程的結束有兩種途徑,一種是象我們上面的例子一樣,函數結束了,調用它的線程也就結束了;另一種方式是通過函數pthread_exit來實現。它的函數原型爲:
  extern void pthread_exit __P ((void *__retval)) __attribute__ ((__noreturn__));

eg: pthread_exit(NULL);

  寫在線程內,表示此線程退出;唯一的參數是函數的返回代碼,只要pthread_join中的第二個參數thread_return不是NULL,這個值將被傳遞給 thread_return。最後要說明的是,一個線程不能被多個線程等待,否則第一個接收到信號的線程成功返回,其餘調用pthread_join的線程則返回錯誤代碼ESRCH。


  線程退出

  線程的退出方式有三:

  (1)執行完成後隱式退出;

  (2)由線程本身顯示調用pthread_exit 函數退出;

pthread_exit (void * retval) ;


  (3)被其他線程用pthread_cance函數終止:

pthread_cance (pthread_t thread) ;


  在某線程中調用此函數,可以終止由參數thread 指定的線程。

  如果一個線程要等待另一個線程的終止,可以使用pthread_join函數,該函數的作用是調用pthread_join的線程將被掛起直到線程ID爲參數thread的線程終止:

pthread_join (pthread_t thread, void** threadreturn);



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