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linux線程庫(kù)詳解，還附帶典型實(shí)例哦
時(shí)間：2018-07-18 來源：未知
在linux環(huán)境下的并發(fā)程序設(shè)計(jì)有兩個(gè)選擇，分別是多進(jìn)程并發(fā)與多線程并發(fā)。
關(guān)于多進(jìn)程與多線程編程之前已經(jīng)有很多博文介紹過了，但關(guān)于線程庫(kù)的介紹卻很少。
在linux環(huán)境下當(dāng)采用多線程編程時(shí)，需要在編譯的時(shí)候加上-lpthread(或-pthread) 以顯示鏈接該庫(kù)。之所以這樣是因?yàn)閜thread并非Linux系統(tǒng)的默認(rèn)庫(kù)，而是POSIX線程庫(kù)。而說起線程庫(kù)并不是一句話能夠說得清楚，因?yàn)檫@涉及到了Linux內(nèi)核和線程庫(kù)的發(fā)展史。
起初在線程概念出現(xiàn)之后，并沒有在類unix操作系統(tǒng)中得到廣泛支持。比如在linux2.4以及以前版本，因?yàn)檫�沒有線程的概念，linux內(nèi)核不知道什么是線程，程序員也就沒有辦法在操作系統(tǒng)上創(chuàng)建線程。而后來隨著技術(shù)發(fā)展，線程帶來的好處被大家所認(rèn)識(shí)，因?yàn)閯?chuàng)建進(jìn)程開銷的資源更多，且進(jìn)程間的切換相比線程更慢。于是我們希望Linux能實(shí)現(xiàn)多線程編程，然而要修改一個(gè)操作系統(tǒng)并不是件容易的事情，于是采用的辦法是寫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，而不是去修改操作系統(tǒng)的內(nèi)核。而這些函數(shù)也就是最初的線程庫(kù)，由于在linux內(nèi)核中沒有線程的概念，因此這種線程是用進(jìn)程來模擬的，實(shí)際上在不同的線程內(nèi)調(diào)用getpid()函數(shù)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)得到的值不同，因?yàn)樗鼈冊(cè)趦?nèi)核的進(jìn)程鏈表中有不同的task_struct結(jié)構(gòu)體來表示，有各自不同的進(jìn)程標(biāo)識(shí)符PID。因此這種線程也被稱為用戶級(jí)線程。雖然當(dāng)時(shí)的線程庫(kù)已經(jīng)和POSIX的標(biāo)準(zhǔn)非常接近了，但是在linux的線程實(shí)現(xiàn)版本和POSIX標(biāo)準(zhǔn)之間還是存在著細(xì)微的差別，最明顯的是關(guān)于信號(hào)處理部分，這些差別中的大部分都受底層linux內(nèi)核的限制，而不是函數(shù)所能改變的。
許多項(xiàng)目都在研究如何才能改善linux對(duì)線程的支持，當(dāng)然這種改善不僅僅是清除POSIX標(biāo)準(zhǔn)和linux具體實(shí)現(xiàn)之間的細(xì)微差別，還要增強(qiáng)linux線程的性能和刪除一些不需要的限制，這其中大部分工作集中在了如何將用戶級(jí)的線程映射到內(nèi)核級(jí)的線程。
其中IBM公司的NGPT(Next Generation POSIX Threads),和Redhat公司的NPTL(Native POSIX Thread Library)通過修改linux內(nèi)核來支持新的線程庫(kù)，兩者都極大地提升了性能。在2002年，NGPT項(xiàng)目組宣布，由于不希望分化團(tuán)隊(duì)，所以停止為NGPT添新功能，而只是繼續(xù)進(jìn)行l(wèi)inux上的線程支持工作，從而有效地將他們的重?fù)?dān)放到了NPTL的身上。也因此NPTL成為了linux線程的新標(biāo)準(zhǔn)。NPTL有了很多優(yōu)點(diǎn):沒有使用管理線程。因?yàn)楣芾砭�程的一些需求，例如向作為進(jìn)程一部分的所有線程發(fā)送終止信號(hào)，是并不需要的，因?yàn)閮?nèi)核本身就可以實(shí)現(xiàn)這些功能。內(nèi)核還會(huì)處理每個(gè)線程堆棧所使用的內(nèi)存的回收工作。它甚至還通過在清除父線程之前進(jìn)行等待，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所有線程結(jié)束的管理，這樣可以避免僵尸進(jìn)程的問題。
最后關(guān)于編譯參數(shù)-lpthread與-pthread其實(shí)是有區(qū)別的。主要在可移植性和安全性上。
在Linux中，pthread是作為一個(gè)單獨(dú)的庫(kù)存在的(libpthread.so)，但是在其他Unix變種中卻不一定，比如在FreeBSD中是沒有單獨(dú)的pthread庫(kù)的，因此在FreeBSD中不能使用-lpthread來鏈接pthread，而使用-pthread則不會(huì)存在這個(gè)問題，因?yàn)镕reeBSD的編譯器能正確將-pthread展開為該系統(tǒng)下的依賴參數(shù)。同樣道理，其他不同的變種也會(huì)有這樣那樣的區(qū)別，如果使用-lpthread，則可能在移植到其他Unix變種中時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題，為了保持較高的可移植性，我們最好還是使用-pthread。在多數(shù)系統(tǒng)中，-pthread會(huì)被展開為-D_REENTRANT -lpthread，即是除了鏈接pthread庫(kù)外，還先定義了宏_REENTRANT。定義這個(gè)宏的目的，是為了打開系統(tǒng)頭文件中的各種多線程支持分支。比如，我們常常使用的錯(cuò)誤碼標(biāo)志errno，如果沒有定義_REENTRANT，則實(shí)現(xiàn)為一個(gè)全局變量;若是定義了_REENTRANT，則會(huì)實(shí)現(xiàn)為每線程獨(dú)有，從而避免線程競(jìng)爭(zhēng)錯(cuò)誤。綜上所述，在編譯和鏈接時(shí)都使用-pthread 選項(xiàng)而不是傳統(tǒng)的-lpthread能夠保持向后兼容性和安全性。
Linux環(huán)境創(chuàng)建線程的實(shí)例。
#include
#include
#include
#include
#include
void *child_pthread(void *argc)
{
while(1)
{
printf("子線程process pid:%d,thread's id=%u\n",getpid(),(unsigned int)pthread_self());
sleep(2);
}
}
int main(void)
{
int ret;
pthread_t pid;
ret = pthread_create(&pid,NULL,child_pthread,NULL);
if(ret){
perror("pthread_create");
exit(0);
}
while(1)
{
printf("主線程process pid:%d,thread's id:%u\n",getpid(),(unsigned int)pthread_self());
sleep(2);
}
return 0;
}
在linux環(huán)境下創(chuàng)建線程采用pthread_create()
頭文件
#include
函數(shù)聲明
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
void *(*start_routine) (void *), void *arg);
返回值
若成功則返回0，否則返回出錯(cuò)編號(hào)
編譯運(yùn)行結(jié)果如下圖所示,其中編譯選項(xiàng)-pthread指定鏈接線程庫(kù)。運(yùn)行結(jié)果主線程與子線程的進(jìn)程id一致，線程id則不同。
