进程与线程（二）

Linux中的线程机制十分特殊，从内核的角度来说并没有线程的概念，故没有为线程单独定义数据结构，通过clone()创建的Linux线程，仅被看做一个与其他进程共享某些资源的特殊进程而已；

Linxu中把线程分为内核线程，内核支持的用户线程和线程库支持的用户线程等3种类型；

1、内核线程：内核线程的创建于撤销有内核内部的需求决定，内核线程没有用户地址空间，它共享内核的正文段和内核全局数据，具有自己的内核栈，内核线程的调度由于不需要经过CPU状态的转换，所以内核线程间的上下文切换比在用户线程间快得多；

2、内核支持的用户线程：有clone()函数创建的线程；

3、线程库支持的用户线程：用户线程是通过线程库实现的，内核不参与调度，它可以在没有内核参与下创建，释放和管理，线程库提供同步和调度的方法。内核通过调度进程，进程通过线程库调度线程；

一、内核支持的用户线程

通过clone()函数进行创建；

/*int clone(int (*fn)(void *arg),void *stack,int flags,void *arg)
fn:函数指针，线程标识符
flags:
CLONE_VM:父进程，子进程共享进程空间；
CLONE_FS:父进程，子进程共享文件系统信息；
CLONE_FILES:父进程，子进程共享打开的文件；
CLONE_SIGGHLD:子进程终结或者暂停时给父进程发信号；
CLONE_SIGHAND:父子进程共享信号处理函数；
CLONE_PID:父子进程共享进程标识符；
CLONE_VFORK:父进程在子进程释放空间时被唤醒；
stack:线程所使用的内核栈；
arg:传给fn的void*类型的参数
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <pthread.h>
#define STACK_SIZE 1024*1024*8
void *func(void * arg)
{
printf("arg = %d\n",*(int *)arg);
printf("PID = %d\n",getpid());
sleep(50);
return （void *）0；
}

int main()
{
int clone_flag,arg;
char *stack;
int retval;
arg = 1;
clone_flag = CLONE_VM|CLONE_SIGHAND|CLONE_FS|CLONE_FILES;
printf("pid = %d\n",getpid());
stack = (char *)malloc(STACK_SIZE);
//because the increase of stack address is from highaddress to low address
stack += STACK_SIZE;
retval = clone((void*)func,stack,clone_flag,(void *)&arg);
printf("retval = %d\n",retval);
return 1;
}
~

二、线程库支持的用户线程

1、POSIX线程

POSIX线程包提供一组函数，用来创建，删除和同步同一进程内的线程，使用时需要加入头文件pthread.h， 编译时需要使用-pthread来链接线程库

2、线程的创建

int  pthread_create(pthread_t *restrict tidp,const pthread_attr_t *restrict attr,void *(*start_rtn)(void),void *restrict arg);
//tidp：要创建的线程的线程id
//attr:为新线程定义不同的属性（如栈的大小）
//start_rtn:指定执行的函数
//arg:传递给函数的参数

pthread_create与clone的区别在于：clone()创建的是一个内核支持的用户线程，对内核是可见的且由内核调度，而pthread_create创建一个线程库支持的用户线程，对内核不可见，由线程库调度；

线程的标识符：与进程类似，线程也有线程标识符，可通过pthread_self（）获取；

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

void *create(void *arg)
{
printf("new thread...\n");
printf("thread id = %u\n",(unsigned int)pthread_self());
printf("thread pid = %d\n",getpid());
return (void*)0;
}

int main()
{
pthread_t tid;
int error;
printf("Main thread is starting...\n");
error = pthread_create(&tid,NULL,create,NULL);
if(error != 0)
{
printf("thread is not created...\n");
return -1;
}
printf("main pid = %d\n",getpid());
sleep(1);
return 0;
}

3、线程等待

int pthread_join(pthread_t thread,void **status);
//pthread:指定等待的线程
//status:指向指针的指针，用于指定返回值
//函数返回值：0表示成功，非0表示失败

4、线程同步

(1)信号量

#inclued <semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem,int pthread,unsigned int value);
//初始化信号量
//sem:为指向信号量结构的一个指针
//pshared:不为0时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享
//value:给出了信号量的初始值
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_post(sem_t *sem);
int sem_destroy(sem_t *sem);

可以参考 信号量-百度百科

(2)互斥量

#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_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

通过使用互斥量，使用两个线程同时读取两个文件并统计单词个数：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
pthread_mutex_t counter_clock;
int total_words = 0;

void *count_words(void *f)
{
char *filename = (char *)f;
FILE *fp;
int c,prevc = '\0';
printf("file:%s\n",filename);
if((fp = fopen(filename,"r")) != NULL)
{
while((c = getc(fp)) != EOF)
{
if(!isalnum(c) && isalnum(prevc))
{
pthread_mutex_lock(&counter_clock);
total_words++;
pthread_mutex_unlock(&counter_clock);
}
prevc = c;
}
fclose(fp);
}
else
{
perror(filename);
}
return NULL;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
pthread_t thread1,thread2;
void *thread_result1,*thread_result2;
int error;
if(argc != 3)
{
printf("Usage:%s file1 file2\n",argv[0]);
exit(1);
}
printf("reading...\n");
error = pthread_create(&thread1,NULL,count_words,(void *)argv[1]);
if(error != 0)
{
printf("create thread failed...\n");
return -1;
}
error = pthread_create(&thread2,NULL,count_words,(void *)argv[2]);
if(error != 0)
{
printf("create thread failed...\n");
return -1;
}
pthread_join(thread1,&thread_result1);
pthread_join(thread2,&thread_result2);
printf("total words:%d\n",total_words);
pthread_mutex_destroy(&counter_clock);
return 0;
}

5、线程终止

线程的正常退出包括以下几种

线程只是从启动例程返回，返回值是线程中的退出码；

线程被另一个线程终止；

线程自己调用pthread_exit()终止；

void pthread_exit（void *rval_prt）;
//rval_ptr:线程退出返回的指针；