第9章、多线程编程

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1、《嵌入式Linux应用程序开发标准教程》——第9章、多线程编程嵌入式学院—华清远见旗下品牌：www.embedu.org《嵌入式Linux应用程序开发标准教程》——第9章、多线程编程第9章多线程编程本章目标在前两章中，读者主要学习了有关进程控制和进程间通信的开发，这些都是Linux开发的基础。在这一章中将学习轻量级进程—线程的开发，由于线程的高效性和可操作性，在大型程序开发中运用得非常广泛，希望读者能够很好地掌握。掌握Linux中线程的基本概念掌握Linux中线程的创建及使用掌握Linux中线程属性的设置能够独立编写多线程程序嵌入式学院—华清远见旗下品牌：www.embedu.org《

2、嵌入式Linux应用程序开发标准教程》——第9章、多线程编程9.1Linux线程概述9.1.1线程概述前面已经提到，进程是系统中程序执行和资源分配的基本单位。每个进程都拥有自己的数据段、代码段和堆栈段，这就造成了进程在进行切换等操作时都需要有比较复杂的上下文切换等动作。为了进一步减少处理机的空转时间，支持多处理器以及减少上下文切换开销，进程在演化中出现了另一个概念——线程。它是进程内独立的一条运行路线，处理器调度的最小单元，也可以称为轻量级进程。线程可以对进程的内存空间和资源进行访问，并与同一进程中的其他线程共享。因此，线程的上下文切换的开销比创建进程小很多。同进程一样，线程也将相关的

3、执行状态和存储变量放在线程控制表内。一个进程可以有多个线程，也就是有多个线程控制表及堆栈寄存器，但却共享一个用户地址空间。要注意的是，由于线程共享了进程的资源和地址空间，因此，任何线程对系统资源的操作都会给其他线程带来影响。由此可知，多线程中的同步是非常重要的问题。在多线程系统中，进程与进程的关系如图9.1所示。图9.1进程与线程关系9.1.2线程机制的分类和特性线程按照其调度者可以分为用户级线程和核心级线程两种。（1）用户级线程。用户级线程主要解决的是上下文切换的问题，它的调度算法和调度过程全部由用户自行选择决定，在运行时不需要特定的内核支持。在这里，操作系统往往会提供一个用户空间的

4、线程库，该线程库提供了线程的创建、调度和撤销等功能，而内核仍然仅对进程进行管理。如果一个进程中的某一个线程调用了一个阻塞的系统调用函数，那么该进程包括该进程中的其他所有线程也同时被阻塞。这种用户级线程的主要缺点是在一个进程中的多个线程的调度中无法发挥多处理器的优势。（2）轻量级进程。轻量级进程是内核支持的用户线程，是内核线程的一种抽象对象。每个线程拥有一个或多个轻量级线程，而每个轻量级线程分别被绑定在一个内核线程上。（3）内核线程。嵌入式学院—华清远见旗下品牌：www.embedu.org《嵌入式Linux应用程序开发标准教程》——第9章、多线程编程这种线程允许不同进程中的线程按照同一

5、相对优先调度方法进行调度，这样就可以发挥多处理器的并发优势。现在大多数系统都采用用户级线程与核心级线程并存的方法。一个用户级线程可以对应一个或几个核心级线程，也就是“一对一”或“多对一”模型。这样既可满足多处理机系统的需要，也可以最大限度地减少调度开销。使用线程机制大大加快上下文切换速度而且节省很多资源。但是因为在用户态和内核态均要实现调度管理，所以会增加实现的复杂度和引起优先级翻转的可能性。一个多线程程序的同步设计与调试也会增加程序实现的难度。9.2Linux线程编程9.2.1线程基本编程这里要讲的线程相关操作都是用户空间中的线程的操作。在Linux中，一般pthread线程库是一套

6、通用的线程库，是由POSIX提出的，因此具有很好的可移植性。（1）函数说明。创建线程实际上就是确定调用该线程函数的入口点，这里通常使用的函数是pthread_create()。在线程创建以后，就开始运行相关的线程函数，在该函数运行完之后，该线程也就退出了，这也是线程退出一种方法。另一种退出线程的方法是使用函数pthread_exit()，这是线程的主动行为。这里要注意的是，在使用线程函数时，不能随意使用exit()退出函数进行出错处理，由于exit()的作用是使调用进程终止，往往一个进程包含多个线程，因此，在使用exit()之后，该进程中的所有线程都终止了。因此，在线程中就可以使用pt

7、hread_exit()来代替进程中的exit()。由于一个进程中的多个线程是共享数据段的，因此通常在线程退出之后，退出线程所占用的资源并不会随着线程的终止而得到释放。正如进程之间可以用wait()系统调用来同步终止并释放资源一样，线程之间也有类似机制，那就是pthread_join()函数。pthread_join()可以用于将当前线程挂起来等待线程的结束。这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止，当函数返回