Linux學習5-線程

線程

1.1什麼是線程？

　　在一個程序中的多個執行路線就叫作線程（thread）。更準確的定義是：線程是一個進程內部的一個控制序列。

　   要搞清楚fork系統調用和建立新線程之間的區別。當進程執行fork調用時，將建立出該進程的一份新的副本。這個新進程擁有本身的變量和本身的PID，它的時間調度也是獨立的，它的執行（一般）

幾乎徹底獨立於父進程。當在進程中建立一個新線程時，新的執行線程將擁有本身的棧（所以也擁有本身的局部變量），但與它的建立者共享全局變量、文件描述符、信號處理函數和當前目錄狀態。　　

1.2第一個線程程序

　　線程有一套完整的相關的函數庫調用，它們絕大多數以pthread_開頭。爲了使用這些函數調用，咱們必須定義宏_REENTRANT,在程序中包含頭文件pthread.h,而且在編譯程序時須要使用選項-lpthread來連接線程庫。

在一個多線程程序裏，默認狀況下，只有一個errno變量供全部的線程共享。在一個線程準備獲取剛纔的錯誤代碼時，該變量很容易被另外一個線程中的函數調用所改變。相似的問題還存在於fputs之類的函數中，這些函數一般用一個單獨的全局性區域來緩存輸出數據。

爲解決這個問題，須要使用可重入的例程。可重入代碼能夠被屢次調用而仍然工做正常。編寫的多線程程序，經過定義宏_REENTRANT來告訴編譯器咱們須要可重入功能，這個宏的定義必須出現於程序中的任何#include語句以前。

_REENTRANT爲咱們作三件事情，而且作的很是優雅：

（1）它會對部分函數從新定義它們的可安全重入的版本，這些函數名字通常不會發生改變，只是會在函數名後面添加_r字符串，如函數名gethostbyname變成gethostbyname_r。

（2）stdio.h中原來以宏的形式實現的一些函數將變成可安全重入函數。

（3）在error.h中定義的變量error如今將成爲一個函數調用，它可以以一種安全的多線程方式來獲取真正的errno的值。

舉個例子便於更好理解可重入的重要性：

 

int g_val = 1;//定義一個全局變量

void add()
{
    g_val++;
}

 

 若是有n個線程調用該函數，g_val是一個全局變量，若是加上-D _REENTRANT，則可重入，即g_val不會受其餘線程的影響；可是沒加-D _REENTRANT的時候，n-1個線程調用該函數時變量g_val就會彼此影響，出現不可預料的結果。

不會影響的緣由是，加-D _REENTRANT後雖然調用的仍是這個函數，可是不一樣的是該機制自動把上面的函數變成了

void add_r()
{
    g_val++;
}

 

調用的函數不一樣了。

 

建立新線程的函數：

#include <pthread.h>

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

第一個參數thread指向pthred_t類型數據的指針。線程被建立時，這個指針指向的變量中將被寫入一個標識符，咱們用該標識符來引用新線程。

第二個參數用於設置線程的屬性。通常不須要特殊的屬性，因此能夠設爲NULL。

第三個參數是一個函數地址，該函數以一個指向void的指針爲參數，返回的也是一個指向void的指針。

用fork調用後，父子進程將在同一個位置繼續執行下去，只是fork調用的返回值上不一樣的；

但對於新線程來講，咱們必須明確地提供給它一個函數指針，新線程將在這個新位置開始執行。

第四個參數是要傳遞給上面函數（第三個參數）的參數。

該函數調用成功時返回值是0，若是失敗則返回錯誤代碼。

 

終止線程的函數：

#include <pthread.h>

void ptherad_exit(void *retval);

線程經過調用pthread_exit函數終止執行，就如同進程在結束時調用exit函數同樣。該函數的做用是，終止調用它的線程並返回一個指向某個對象的指針。

注意，絕對不能用它來返回一個指向局部變量的指針，由於線程在調用該函數後，這個局部變量就再也不存在了，這將引發嚴重的程序漏洞。

 

等待線程的函數：

#include <pthread.h>

int pthread_join(pthread_t th, void **thread_return);

pthread_join函數在線程中的做用等價於進程中用來收集子進程信息的wait函數。

第一個參數指定了要等待的線程，線程經過pthread_create返回的標識符來指定。

第二個參數是一個指針，它指向了另外一個指針，然後者指向了返回值。

這個函數成功返回0失敗返回錯誤代碼。

 

第一個線程示例代碼：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<pthread.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("create  thread is failed\n ");
        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 return %s\n",(char *)thread_result);
    printf("message now is %s\n",message);
    exit(EXIT_SUCCESS);   
 
}

void *thread_function(void *arg)
{
    printf("th_func is running,Aragement was %s\n",(char *)arg);
    sleep(5);
    strcpy(message,"bye");
    pthread_exit("Thanks for the CPU time\n"); 


}

 

執行結果：

 

 編譯這個程序的時候，咱們首先須要定義宏_REENTRANT。在少數系統上，可能還須要定義宏_POSIX_C_SOURCE。(然而我並無加也能實現功能，待解決)

 接下來必須連接正確的線程庫。 

 我係統默認的線程庫是NPTL（查看頭文件/usr/include/pthread.h 若是顯示版權日期在2003年或更晚，那基本你的Linux發行版使用的是NPTL實現）

 

 

 使用以下命令編譯和連接：

cc -D_REENTRANT thread1.c -o thread1 -lpthread

ps：我把cc 換成 gcc 編譯經過。

 

 分析：main函數在建立新線程成功後，繼續執行。而後執行pthread_join函數，一直等到它指定的線程終止才返回。而後主線程打印新線程返回值和全局變量後結束。

 而新建立的線程將會執行thread_function。先打印本身的參數，睡眠5S後，更改全局變量最後退出時向主線程返回一個字符串。