8、多线程小结（1）

1、在Linux中，线程一般被认为是“轻量级的进程”。

    Linux 创建进程所使用的函数是fork()或者vfork()。而对线程的创建和管理Linux可以使用POSIX的线程库pthreads提供的APIs。

2、使用fork()创建进程和使用POSIX线程库差别:

    使用fork() 创建进程的特点：

① 代价昂贵，通常子进程需要拷贝父进程的整个上下文，比如数据等。

② 进程间的通信方式比较复杂，比如使用管道、消息、共享内存等方法。

③ 操作系统在实现进程间的切换比线程切换更费时。

    使用POSIX pthreads库创建线程的特点：

① 线程可使用存在于进程中的资源，因此创建进程比创建线程更快。

② 线程间的通信方式更容易，比如通过进程中的变量，可以让多个线程共享数据。

③ 操作系统对线程的切换比对进程的切换更容易和快速。

3、线程由内核自动调度，每个线程都有它自己的线程上下文（thread context），包括一个惟一的整数线程ID（Thread ID,TID），栈，栈指针，程序计数器，通用目的寄存器和条件码。每个线程和其他线程一起共享进程上下文的剩余部分，包括整个用户的虚拟地址空间，它是由只读文本（代码），读/写数据，堆以及所有的共享库代码和数据区域组成的，还有，线程也共享同样的打开文件的集合。

4、常见IPC有：管道，FIFO，共享存储器，信号。

5、线程间无需特别的手段进行通信，因为线程间可以共享数据结构，注意的是线程间需要做好同步。linux的消息属于IPC，也就是进程间通信，线程用不上。

    pthread_self() 的返回值就是当前线程的标志。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

#define THREAD_NUMBER 2
int retval_hello1= 2, retval_hello2 = 3;

void* hello1(void *arg)
{    
   char *hello_str = (char *)arg;
   sleep(1);
   printf("%s\n", hello_str);
   pthread_exit(&retval_hello1);
}

void* hello2(void *arg)
{
   char *hello_str = (char *)arg;
   sleep(2);
   printf("%s\n", hello_str);
   pthread_exit(&retval_hello2);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
   int i;
   int ret_val;
   int *retval_hello[2];

   pthread_t pt[THREAD_NUMBER];

   const char *arg[THREAD_NUMBER];
   arg[0] = "hello world from thread1";
   arg[1] = "hello world from thread2";
   printf("Begin to create threads...\n");

  ret_val = pthread_create(&pt[0], NULL, hello1, (void *)arg[0]);
   if (ret_val != 0 ) 
   {
        printf("pthread_create error!\n");
        exit(1);
   }
   
  ret_val = pthread_create(&pt[1], NULL, hello2, (void *)arg[1]);
   if (ret_val != 0 ) 
   {
        printf("pthread_create error!\n");
        exit(1);
   }
   printf("Now, the main thread returns.\n");
   printf("Begin to wait for threads...\n");

   for(i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) 
   {
       ret_val = pthread_join(pt[i], (void **)&retval_hello[i]);
       if (ret_val != 0) 
       {
            printf("pthread_join error!\n");
            exit(1);
       } 
       else 
       {
            printf("return value is %d\n", *retval_hello[i]);
       }
   }
   return 0;
}

5、属性设置

属性名	意义
detachstate	选择被创建的线程是处于可加入的状态还是分离状态。可加入状态值是PTHREAD_CREATE_JOINABLE；分离状态值是PTHREAD_CREATE_DETACHED。缺省状态值是PTHREAD_CREATE_JOINABLE。 pthread_attr_setdetachstate() 可设置线程为加入或者分离状态； pthread_attr_getdetachstate() 可以获得当前线程是否是加入的或者是分离的状态。
schedpolicy	为被创建的线程选择调度策略。被创建的线程的状态可以是SCHED_OTHER(一般的，非实时调度)、SCHED_RR (实时，轮转调度) 或者SCHED_FIFO(实时，先进先出调度)。缺省值是SCHED_OTHER。实时调度SCHED_RR 和 SCHED_FIFO 只能用于有超级用户权限的进程使用。 pthread_attr_setschedpolicy() 和  pthread_attr_getschedpolicy() 函数可以设置和获得线程的调度属性。
schedparam	为被创建的线程选择调度参数。这里的调度参数指的是线程的调度优先级。缺省优先级是 0 。这个属性对于 SCHED_OTHER 是不重要的；它只对SCHED_RR 和 SCHED_FIFO 两个和实时调度相关的调度方式有效。 pthread_attr_setschedparam() 和 pthread_attr_getschedparam() 两个函数可以分别对线程的优先级进行设置和获取。
inheritsched	选择对新创建的线程的调度策略和调度参数是否被schedpolicy 和schedparam 属性决定（这时的值是PTHREAD_EXPLICIT_SCHED)或者是通过父线程继承而得到的(这时的值是PTHREAD_INHERIT_SCHED)。缺省的值是PTHREAD_EXPLICIT_SCHED。
scope	为选择被创建的线程调度竞争范围。缺省值是PTHREAD_SCOPE_SYSTEM，表示线程和系统的所有的其他运行在CPU上的进程争夺CPU 资源。如果是PTHREAD_SCOPE_PROCESS，表示调度的竞争只发生在运行于同一进程空间的线程之间，线程的优先级只在同一进程空间的线程之间有效，和其他进程无关。

6、线程互斥锁的特性

① 原子性。对mutex的加锁和解锁操作是原子的，一个线程进行 mutex 操作的过程中，其他线程不能对同一个 mutex 进行其他操作。

② 单一性。拥有mutex的线程除非释放mutex，否则其他线程不能拥有此mutex。

③ 非忙等待。等待mutex的线程处于等待状态，直到要等待的mutex处于未加锁状态，这时操作系统负责唤醒等待此mutex的线程。

7、条件变量

    条件标量是线程的同步设备。在线程间使用条件变量可以使得一个线程在执行过程中，因满足某个条件而发出信号通知另一个线程；而另一个线程可以处于挂起状态，等待某个条件的满足后，才继续执行。

    条件变量必须和mutex一起使用来避免竞争情况。

8、一个线程可以通过向另个线程发送“请求”来结束另一个线程的执行。

POSIX pthreads库中关于撤销操作的函数有：   

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);

int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);

void pthread_testcancel(void);

    在撤销线程的时候，可以编写程序让线程进一步进行所谓的“清理”工作，比如已经拥有了某个 mutex，在清理例程中可以释放这个 mutex；如果动态分配了内存，那么可以在清理例程中释放动态分配的内存。

9、信号

#include <signal.h>

int pthread_sigmask(int how, const sigset_t  *newmask,  sigset_t  *oldmask);

    用来改变或者设置线程的信号屏蔽(signal mask)，newmask 用来执行新的信号屏蔽，设置新信号屏蔽以前的信号屏蔽被存放到 oldmask 指向的位置。

int pthread_kill(pthread_t thread, int signo);

可以向其他线程发送信号。

int sigwait(const sigset_t *set, int *sig);

挂起调用sigwait() 的线程，直到收到第一个参数 set 指向的信号集中指定的信号，且等待到信号被存放到第二个参数  sig 指向的位置。

10、常用函数整理

1) 创建

int pthread_create(

pthread_t* thread,          //返回指向线程标识符的指针                

pthread_attr* attr,          //设置线程属性            

void *(*func)(void*),       //新线程将启动的函数的地址

void* arg                        //传递给新线程启动函数的参数

);

    //函数执行成功返回0，失败返回错误码。执行成功后，新线程将从设定的函数处开始执行，原线程则继续执行。

2）终止

void pthread_exit(void* ret)

       //终止调用此函数的线程，并返回一个指向某对象的指针（ret），可通过pthread_join来获取此返回值。

       //注意，不能返回指向局部变量的指针。