1.Linux进程与线程()
进程：通过fork创建子进程与创建线程之间是有区别的：fork创建出该进程的一份拷贝，创建时额外申请了新的内存空间以及存储代码段、数据段、BSS段、堆、栈空间，
这个新进程拥有自己的变量和自己的PID，它的时间调度是独立的，它的执行几乎完全独立于父进程，进程可以看成一个资源的基本单位。
线程: 通过pthread_create创建线程在用户空间申请自己的栈空间，而与同进程的其他线程共享其他的地址空间,
线程是程序调度的基本单位，一个进程内部的线程之间共享进程获得的时间片。
2.线程创建：
#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);
参数说明：
thread：指向pthread_create类型的指针，用于引用新创建的线程。
attr：用于设置线程的属性，一般不需要特殊的属性，所以可以简单地设置为NULL。
*(*start_routine)(void *)：传递新线程所要执行的函数地址。
arg：新线程所要执行的函数的参数。
调用如果成功，则返回值是0，如果失败则返回错误代码。
3.线程终止
#include <pthread.h>
void pthread_exit(void *retval);
参数说明：
retval：返回指针，指向线程向要返回的某个对象。
线程通过调用pthread_exit函数终止执行，并返回一个指向某对象的指针。注意：绝不能用它返回一个指向局部变量的指针，因为线程调用该函数后，这个局部变量就不存在了，这将引起严重的程序漏洞。
4.线程同步
#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t th, void **thread_return);
参数说明：
th：等待将要退出的线程的ID，线程通过pthread_create返回的标识符来指定。
thread_return：一个指针，指向另一个指针，而后者指向线程的返回值。
5.一个简单的多线程Demo：
#include <pthread.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> void *thread_function(void *arg); char message[] = "Hello World"; int main() { int res; pthread_t a_thread; void *thread_result; res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, (void *)message); if (res != 0) { perror("Thread creation failed!"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("Waiting for thread to finish.../n"); res = pthread_join(a_thread, &thread_result); if (res != 0) { perror("Thread join failed!/n"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("Thread joined, it returned %s/n", (char *)thread_result); printf("Message is now %s/n", message); exit(EXIT_FAILURE); } void *thread_function(void *arg) { printf("thread_function is running. Argument was %s/n", (char *)arg); sleep(3); strcpy(message, "Bye!"); pthread_exit("Thank you for your CPU time!"); }
编译这个程序时，需要定义宏_REENTRANT：
gcc -D_REENTRANT thread1.c -o thread1 –lpthread
运行这个程序：
$ ./thread1输出：
thread_function is running. Argument was Hello World
Waiting for thread to finish...
Thread joined, it returned Thank you for your CPU time!
Message is now Bye!
注意：
pthread_exit(void *retval)本身返回的就是指向某个对象的指针，因此，pthread_join(pthread_t th, void **thread_return);中的thread_return是二级指针，指向线程返回值的指针。可以看到，我们创建的新线程修改的数组message的值，而原先的线程也可以访问该数组。如果我们调用的是fork而不是pthread_create，就不会有这样的效果了。原因是fork创建子进程之后，子进程会拷贝父进程，两者分离，相互不干扰，而线程之间则是共享进程的相关资源。
6.用信号量进行同步
（1）.信号量创建
#include <semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
参数说明：
sem：信号量对象。
pshared：控制信号量的类型，0表示这个信号量是当前进程的局部信号量，否则，这个信号量就可以在多个进程之间共享。
value：信号量的初始值。
（2）.信号量控制
#include <semaphore.h>
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_post(sem_t *sem);
sem_post的作用是以原子操作的方式给信号量的值加1。
sem_wait的作用是以原子操作的方式给信号量的值减1，但它会等到信号量非0时才会开始减法操作。如果对值为0的信号量调用sem_wait，这个函数就会等待，直到有线程增加了该信号量的值使其不再为0。
（3）.信号量销毁
#include <semaphore.h>
int sem_destory(sem_t *sem);
这个函数的作用是，用完信号量后对它进行清理，清理该信号量所拥有的资源。如果你试图清理的信号量正被一些线程等待，就会收到一个错误。
与大多数Linux函数一样，这些函数在成功时都返回0。
下面编码实现输入字符串，统计每行的字符个数，以“end”结束输入：
#include <pthread.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <semaphore.h> #define SIZE 1024 void *thread_function(void *arg); char buffer[SIZE]; sem_t sem; int main() { int res; pthread_t a_thread; void *thread_result; res = sem_init(&sem, 0, 0); if (res != 0) { perror("Sem init failed"); exit(EXIT_FAILURE); } res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, NULL); if (res != 0) { perror("Thread create failed"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("Input some text. Enter 'end' to finish/n"); while (scanf("%s", buffer)) { sem_post(&sem); if (strncmp("end", buffer, 3) == 0) break; } printf ("/nWaiting for thread to finish.../n"); res = pthread_join(a_thread, &thread_result); if (res != 0) { perror("Thread join failed"); exit(EXIT_FAILURE); } printf ("Thread join/n"); sem_destroy(&sem); exit(EXIT_SUCCESS); } void *thread_function(void *arg) { sem_wait(&sem); //计数为0时在此等待 while (strncmp("end", buffer, 3) != 0) { printf("You input %d characters/n", strlen(buffer)); sem_wait(&sem); //计数为0时在此等待 } pthread_exit(NULL); }
7.用互斥量进行线程同步
另一种用在多线程程序中同步访问的方法是使用互斥量。它允许程序员锁住某个对象，使得每次只能有一个线程访问它。为了控制对关键代码的访问，必须在进入这段代码之前锁住一个互斥量，然后在完成操作之后解锁它。
用于互斥量的基本函数和用于信号量的函数非常相似：
#include <pthread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t, *mutexattr);
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mutex);
与其他函数一样，成功时返回0，失败时将返回错误代码，但这些函数并不设置errno，所以必须对函数的返回代码进行检查。互斥量的属性设置这里不讨论，因此设置成NULL。
用互斥量来重写刚才的代码如下：
#include <pthread.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <semaphore.h> #define SIZE 1024 char buffer[SIZE]; void *thread_function(void *arg); pthread_mutex_t mutex; int main() { int res; pthread_t a_thread; void *thread_result; res = pthread_mutex_init(&mutex, NULL); if (res != 0) { perror("Mutex init failed!"); exit(EXIT_FAILURE); } res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, NULL); if (res != 0) { perror("Thread create failed!"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("Input some text. Enter 'end' to finish/n"); while (1) { pthread_mutex_lock(&mutex); scanf("%s", buffer); pthread_mutex_unlock(&mutex); if (strncmp("end", buffer, 3) == 0) break; sleep(1); } res = pthread_join(a_thread, &thread_result); if (res != 0) { perror("Thread join failed!"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("Thread joined/n"); pthread_mutex_destroy(&mutex); exit(EXIT_SUCCESS); } void *thread_function(void *arg) { sleep(1); while (1) { pthread_mutex_lock(&mutex); printf("You input %d characters/n", strlen(buffer)); pthread_mutex_unlock(&mutex); if (strncmp("end", buffer, 3) == 0) break; sleep(1); } }
8.线程的属性
如在前面的示例中，都使用的pthread_join同步线程，但其实有些情况并不需要。如：主线程为服务线程，而第二个线程为数据备份线程，备份工作完成之后，第二个线程可以直接终止了，它没有必要再返回到主线程中。因此，我们可以创建一个“脱离线程”。
下面介绍几个常用的函数：
(1)int pthread_attr_init (pthread_attr_t* attr);
功能：对线程属性变量的初始化。
attr：线程属性。
函数返回值：成功：0，失败：-1
(2) int pthread_attr_setscope (pthread_attr_t* attr, int scope);
功能：设置线程绑定属性。
attr：线程属性。
scope：PTHREAD_SCOPE_SYSTEM(绑定)；PTHREAD_SCOPE_PROCESS(非绑定)
函数返回值：成功：0，失败：-1
(3) int pthread_attr_setdetachstate (pthread_attr_t* attr, int detachstate);
功能：设置线程分离属性。
attr：线程属性。
detachstate：PTHREAD_CREATE_DETACHED(分离)；PTHREAD_CREATE_JOINABLE（非分离）
函数返回值：成功：0，失败：-1
(4) int pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t* attr, int policy);
功能：设置创建线程的调度策略。
attr：线程属性；
policy：线程调度策略：SCHED_FIFO、SCHED_RR和SCHED_OTHER。
函数返回值：成功：0，失败：-1
(5) int pthread_attr_setschedparam (pthread_attr_t* attr, struct sched_param* param);
功能：设置线程优先级。
attr：线程属性。
param：线程优先级。
函数返回值：成功：0，失败：-1
(6) int pthread_attr_destroy (pthread_attr_t* attr);
功能：对线程属性变量的销毁。
attr：线程属性。
函数返回值：成功：0，失败：-1
(7)其他
int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t* attr,size_t guardsize);//设置新创建线程栈的保护区大小。
int pthread_attr_setinheritsched(pthread_attr_t* attr, int inheritsched);//决定怎样设置新创建线程的调度属性。
int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t* attr, void* stackader,size_t stacksize);//两者共同决定了线程栈的基地址以及堆栈的最小尺寸（以字节为单位）。
int pthread_attr_setstackaddr(pthread_attr_t* attr, void* stackader);//决定了新创建线程的栈的基地址。
int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t* attr, size_t stacksize);//决定了新创建线程的栈的最小尺寸（以字节为单位）。
例：创建优先级为10的线程。
pthread_attr_t attr;
struct sched_param param;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setscope (&attr, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM); //绑定
pthread_attr_setdetachstate (&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); //分离
pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_RR);
param.sched_priority = 10;
pthread_attr_setschedparam(&attr, ¶m);
pthread_create(xxx, &attr, xxx, xxx);
pthread_attr_destroy(&attr);
下面实现一个脱离线程的程序，创建一个线程，其属性设置为脱离状态。子线程结束时，要使用pthread_exit，原来的主线程不再等待与子线程重新合并。代码如下：
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> void *thread_function(void *arg); char message[] = "Hello World"; int thread_finished = 0; int main() { int res; pthread_t a_thread; pthread_attr_t thread_attr; res = pthread_attr_init(&thread_attr); if (res != 0) { perror("Attribute creation failed"); exit(EXIT_FAILURE); } res = pthread_attr_setdetachstate(&thread_attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); if (res != 0) { perror("Setting detached attribute failed"); exit(EXIT_FAILURE); } res = pthread_create(&a_thread, &thread_attr, thread_function, (void*)message); if (res != 0) { perror("Thread creation failed"); exit(EXIT_FAILURE); } pthread_attr_destroy(&thread_attr); while(!thread_finished) { printf("Waiting for thread to say it's finished.../n"); sleep(1); } printf("Other thread finished, bye!/n"); exit(EXIT_SUCCESS); } void *thread_function(void *arg) { printf("thread_function is running. Argument was %s/n", (char *)arg); sleep(4); printf("Second thread setting finished flag, and exiting now/n"); thread_finished = 1; pthread_exit(NULL); }
9.取消一个线程
与信号处理一样，线程可以在被要求终止时改变其行为。
用于请求一个线程终止的函数：
#include <pthread.h>
int pthread_cancel(pthread_t thread);
提供一个线程标识符就可以发送请求来取消它。
线程可以用pthread_setcancelstate设置自己的取消状态。
#include <pthread.h>
int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);
参数说明：
state：可以是PTHREAD_CANCEL_ENABLE允许线程接收取消请求，也可以是PTHREAD_CANCEL_DISABLE忽略取消请求。
oldstate：获取先前的取消状态。如果对它没兴趣，可以简单地设置为NULL。如果取消请求被接受了，线程可以进入第二个控制层次，用pthread_setcanceltype设置取消类型。
#include <pthread.h>
int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);
参数说明：
type：可以取PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS，它将使得在接收到取消请求后立即采取行动；另一个是PTHREAD_CANCEL_DEFERRED，它将使得在接收到取消请求后，一直等待直到线程执行了下述函数之一后才采取行动：pthread_join、pthread_cond_wait、pthread_cond_timedwait、pthread_testcancel、sem_wait或sigwait。
oldtype：允许保存先前的状态，如果不想知道先前的状态，可以传递NULL。
默认情况下，线程在启动时的取消状态为PTHREAD_CANCEL_ENABLE，取消类型是PTHREAD_CANCEL_DEFERRED。
示例：主线程向它创建的线程发送一个取消请求
#include <pthread.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> void *thread_function(void *arg); int main() { int res; pthread_t a_thread; void *thread_result; res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, NULL); if (res != 0) { perror("Thread create failed!"); exit(EXIT_FAILURE); } sleep(4); printf("Canceling thread.../n"); res = pthread_cancel(a_thread); if (res != 0) { perror("Thread cancel failed!"); exit(EXIT_FAILURE); } printf ("Waiting for thread to finished.../n"); res = pthread_join(a_thread, &thread_result); if (res != 0) { perror ("Thread join failed!"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("Thread canceled!"); exit(EXIT_FAILURE); } void *thread_function(void *arg) { int i; int res; res = pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE, NULL); if (res != 0) { perror("Thread setcancelstate failed!"); exit(EXIT_FAILURE); } res = pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_DEFERRED, NULL); if (res != 0) { perror("Thread setcanceltype failed!"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("thread_function is running.../n"); for (i = 0; i < 10; i++) { printf("Thread is still running (%d).../n", i); sleep(1); } pthread_exit(0); }
10.多线程
上面都仅仅是创建了一个线程--，现在我们来演示一下如何创建一个多线程的程序:
#include <pthread.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define NUM 6 void *thread_function(void *arg); int main() { int res; pthread_t a_thread[NUM]; void *thread_result; int index; for (index = 0; index < NUM; ++index) { res = pthread_create(&a_thread[index], NULL, thread_function, (void *)index); if (res != 0) { perror("Thread create failed!"); exit(EXIT_FAILURE); } sleep(1); } printf("Waiting for threads to finished.../n"); for (index = NUM - 1; index >= 0; --index) { res = pthread_join(a_thread[index], &thread_result); if (res == 0) { printf("Picked up a thread:%d/n", index + 1); } else { perror("pthread_join failed/n"); } } printf("All done/n"); exit(EXIT_SUCCESS); } void *thread_function(void *arg) { int my_number = (int)arg; int rand_num; printf("thread_function is running. Argument was %d/n", my_number); rand_num = 1 + (int)(9.0 * rand()/(RAND_MAX + 1.0)); sleep(rand_num); printf("Bye from %d/n", my_number); pthread_exit(NULL); }
编译这个程序：
gcc -D_REENTRANT thread7.c -o thread7 –lpthread
运行这个程序：
$ ./thread7
thread_function is running. Argument was 0
thread_function is running. Argument was 1
thread_function is running. Argument was 2
thread_function is running. Argument was 3
thread_function is running. Argument was 4
Bye from 1
thread_function is running. Argument was 5
Waiting for threads to finished...
Bye from 5
Picked up a thread:6
Bye from 0
Bye from 2
Bye from 3
Bye from 4
Picked up a thread:5
Picked up a thread:4
Picked up a thread:3
Picked up a thread:2
Picked up a thread:1
All done