Linux线程操作以及相关知识

1 线程

◼ 与进程（process）类似，线程（thread）是允许应用程序并发执行多个任务的一种机 制。一个进程可以包含多个线程。同一个程序中的所有线程均会独立执行相同程序，且共 享同一份全局内存区域，其中包括初始化数据段、未初始化数据段，以及堆内存段。（传 统意义上的 UNIX 进程只是多线程程序的一个特例，该进程只包含一个线程）

◼ 进程是 CPU 分配资源的最小单位，线程是操作系统调度执行的最小单位。

◼ 线程是轻量级的进程（LWP：Light Weight Process），在 Linux 环境下线程的本 质仍是进程。

◼ 查看指定进程的 LWP 号：ps –Lf pid

◼ 进程间的信息难以共享。由于除去只读代码段外，父子进程并未共享内存，因此必须采用 一些进程间通信方式，在进程间进行信息交换。

◼ 调用 fork() 来创建进程的代价相对较高，即便利用写时复制技术，仍然需要复制诸如 内存页表和文件描述符表之类的多种进程属性，这意味着 fork() 调用在时间上的开销 依然不菲。

◼ 线程之间能够方便、快速地共享信息。只需将数据复制到共享（全局或堆）变量中即可。

◼ 创建线程比创建进程通常要快 10 倍甚至更多。线程间是共享虚拟地址空间的，无需采 用写时复制来复制内存，也无需复制页表。

1.1 ◼ 共享资源

 进程 ID 和父进程 ID

 进程组 ID 和会话 ID

 用户 ID 和 用户组 ID

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 文件描述符表

 信号处置

 文件系统的相关信息：文件权限掩码 （umask）、当前工作目录

 虚拟地址空间（除栈、.text）

1.2◼ 非共享资源

 线程 ID

 信号掩码

 线程特有数据

 error 变量

 实时调度策略和优先级

 栈，本地变量和函数的调用链接信息

◼ 当 Linux 最初开发时，在内核中并不能真正支持线程。但是它的确可以通过 clone() 系统调用将进程作为可调度的实体。这个调用创建了调用进程（calling process）的 一个拷贝，这个拷贝与调用进程共享相同的地址空间。LinuxThreads 项目使用这个调用 来完成在用户空间模拟对线程的支持。不幸的是，这种方法有一些缺点，尤其是在信号处 理、调度和进程间同步等方面都存在问题。另外，这个线程模型也不符合 POSIX 的要求。

◼ 要改进 LinuxThreads，需要内核的支持，并且重写线程库。有两个相互竞争的项目开始 来满足这些要求。一个包括 IBM 的开发人员的团队开展了 NGPT（Next-Generation POSIX Threads）项目。同时，Red Hat 的一些开发人员开展了 NPTL 项目。NGPT 在 2003 年中期被放弃了，把这个领域完全留给了 NPTL。

◼ NPTL，或称为 Native POSIX Thread Library，是 Linux 线程的一个新实现，它 克服了 LinuxThreads 的缺点，同时也符合 POSIX 的需求。与 LinuxThreads 相 比，它在性能和稳定性方面都提供了重大的改进。

◼ 查看当前 pthread 库版本：getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION

1.3 线程操作函数

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

◼ pthread_t pthread_self(void);

◼ int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

◼ void pthread_exit(void *retval);

◼ int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

◼ int pthread_detach(pthread_t thread);

◼ int pthread_cancel(pthread_t thread);

线程正常终止pthread_exit,pthread_join，pthread_kill，pthread_cancel，sigwait，sigaddset - 邶风 - 博客园 (cnblogs.com)

1.4 线程的创建

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

/*

一般情况下，main函数所在线程，我们称之为主线程（main线程），其余创建的线程，称为子线程

程序中默认只有一个进程，fork()函数调用，2进行

程序中默认只有一个线程，pthread_creat(),2个线程

#include <pthread.h>

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,

void *(*start_routine) (void *), void *arg);

    - 功能：创建一个线程

    - 参数：

        - ：thread ：传出参数，线程创建成功后，线程创建成功后，子线程的id写到该变量中

        - ：*attr : 设置线程的属性，一般使用默认值，NULL

        - : start_routine : 函数指针，这个函数是子线程需要处理的逻辑代码

        - ：给第三个参数使用，传参

    返回值：

        - ：成功：0

        - ：失败：返回错误号，这个错误号和之前error不太一样

        - ： 获取错误号的信息 ： char * strerror(int errnum);

*/

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

//回调函数代码都是子线程的
void *callback(void * arg) {
    printf("child thread....\n");
    printf("arg value : %d\n", *(int *)arg);
    return NULL;
}
//main函数里面的代码都是主线程
int main() {

    pthread_t pid;
    int num = 10;
    int ret = pthread_create(&pid, NULL, callback, &num);
    if(ret != 0) {
        char *str = strerror(ret);
        printf("%s\n", str);
    }

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d\n", i);
        sleep(1);
    }

    return 0; //exit(0); 退出虚拟空间，所有内容都释放了
}

1.4.2 void pthread_exit(void *retval);

/*

    #include <pthread.h>
    void pthread_exit(void *retval);
        功能：终止一个线程，在哪个线程中调用，就表示终止哪个线程
        参数：
            retval:需要传递一个指针，作为一个返回值，可以在pthread_join()中获取到。

    pthread_t pthread_self(void);
        功能：获取当前的线程的线程ID

    int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);
        功能：比较两个线程ID是否相等
        不同的操作系统，pthread_t类型的实现不一样，有的是无符号的长整型，有的
        是使用结构体去实现的。
*/

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

void * callback(void * arg) {
    printf("child thread id : %ld\n", pthread_self());
    return NULL;    // pthread_exit(NULL);
} 

int main() {

    // 创建一个子线程
    pthread_t tid;
    int ret = pthread_create(&tid, NULL, callback, NULL);

    if(ret != 0) {
        char * errstr = strerror(ret);
        printf("error : %s\n", errstr);
    }

    // 主线程
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d\n", i);
    }

    printf("tid : %ld, main thread id : %ld\n", tid ,pthread_self());

    // 让主线程退出,当主线程退出时，不会影响其他正常运行的线程。
    pthread_exit(NULL);

    printf("main thread exit\n");

    return 0;   // exit(0);
}

1.4.3  int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

/*
    #include <pthread.h>
    int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
        - 功能：和一个已经终止的线程进行连接
                回收子线程的资源
                这个函数是阻塞函数，调用一次只能回收一个子线程
                一般在主线程中使用
        - 参数：
            - thread：需要回收的子线程的ID
            - retval: 接收子线程退出时的返回值

              为什么需要传二级指针，因为子函数传出的基为空的指针，那么我们要获取，就需要保存着指针的地址，才能对其进行改变。

这么理解：

int a = 10;

int change(int  *b) {

*b = 5; 才能对a进行改变，传进来的是a的地址

}

如果是下面的情况，此时如果要对a的值进行改变，就需要传保存a的指针变量地址的地址，

int *a = 10;

int change(int  *b) {

*b = 5; 才能对a进行改变，传进来的是a的地址

}

        - 返回值：
            0 : 成功
            非0 : 失败，返回的错误号
*/

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

int value = 10;

void * callback(void * arg) {
    printf("child thread id : %ld\n", pthread_self());
    // sleep(3);
    // return NULL; 
    // int value = 10; // 局部变量
    pthread_exit((void *)&value);   // return (void *)&value;
} 

int main() {

    // 创建一个子线程
    pthread_t tid;
    int ret = pthread_create(&tid, NULL, callback, NULL);

    if(ret != 0) {
        char * errstr = strerror(ret);
        printf("error : %s\n", errstr);
    }

    // 主线程
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d\n", i);
    }

    printf("tid : %ld, main thread id : %ld\n", tid ,pthread_self());

    // 主线程调用pthread_join()回收子线程的资源
    int * thread_retval;
    ret = pthread_join(tid, (void **)&thread_retval);

    if(ret != 0) {
        char * errstr = strerror(ret);
        printf("error : %s\n", errstr);
    }

    printf("exit data : %d\n", *thread_retval);

    printf("回收子线程资源成功！\n");

    // 让主线程退出,当主线程退出时，不会影响其他正常运行的线程。
    pthread_exit(NULL);

    return 0; 
}

1.4.4  int pthread_detach(pthread_t thread);

/*
    #include <pthread.h>
    int pthread_detach(pthread_t thread);
        - 功能：分离一个线程。被分离的线程在终止的时候，会自动释放资源返回给系统。
          1.不能多次分离，会产生不可预料的行为。
          2.不能去连接一个已经分离的线程，会报错。
        - 参数：需要分离的线程的ID
        - 返回值：
            成功：0
            失败：返回错误号
*/

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

void * callback(void * arg) {
    printf("chid thread id : %ld\n", pthread_self());
    return NULL;
}

int main() {

    // 创建一个子线程
    pthread_t tid;

    int ret = pthread_create(&tid, NULL, callback, NULL);
    if(ret != 0) {
        char * errstr = strerror(ret);
        printf("error1 : %s\n", errstr);
    }

    // 输出主线程和子线程的id
    printf("tid : %ld, main thread id : %ld\n", tid, pthread_self());

    // 设置子线程分离,子线程分离后，子线程结束时对应的资源就不需要主线程释放
    ret = pthread_detach(tid);
    if(ret != 0) {
        char * errstr = strerror(ret);
        printf("error2 : %s\n", errstr);
    }

    // 设置分离后，对分离的子线程进行连接 pthread_join()
    // ret = pthread_join(tid, NULL);
    // if(ret != 0) {
    //     char * errstr = strerror(ret);
    //     printf("error3 : %s\n", errstr);
    // }

    pthread_exit(NULL);

    return 0;
}

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

int value = 10;

void * callback(void * arg) {
    printf("child thread id : %ld\n", pthread_self());
    // sleep(3);
    // return NULL; 
    // int value = 10; // 局部变量
    pthread_exit((void *)&value);   // return (void *)&value;
} 

int main() {

    // 创建一个子线程
    pthread_t tid;
    int ret = pthread_create(&tid, NULL, callback, NULL);

    if(ret != 0) {
        char * errstr = strerror(ret);
        printf("error : %s\n", errstr);
    }

    // 主线程
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d\n", i);
    }

    printf("tid : %ld, main thread id : %ld\n", tid ,pthread_self());

    // 主线程调用pthread_join()回收子线程的资源
    int * thread_retval;
    ret = pthread_join(tid, (void **)&thread_retval);

    if(ret != 0) {
        char * errstr = strerror(ret);
        printf("error : %s\n", errstr);
    }

    printf("exit data : %d\n", *thread_retval);

    printf("回收子线程资源成功！\n");

    // 让主线程退出,当主线程退出时，不会影响其他正常运行的线程。
    pthread_exit(NULL);

    return 0; 
}

1.4.45 nt pthread_cancel(pthread_t thread);

/*
    #include <pthread.h>
    int pthread_cancel(pthread_t thread);
        - 功能：取消线程（让线程终止）
            取消某个线程，可以终止某个线程的运行，
            但是并不是立马终止，而是当子线程执行到一个取消点，线程才会终止。
            取消点：系统规定好的一些系统调用，我们可以粗略的理解为从用户区到内核区的切换，这个位置称之为取消点。
*/

1.5 线程属性

/*
    int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
        - 初始化线程属性变量

    int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
        - 释放线程属性的资源

    int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
        - 获取线程分离的状态属性

    int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
        - 设置线程分离的状态属性
*/     
man pthread_attr + 两边TAB

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

void * callback(void * arg) {
    printf("child thread id : %ld\n", pthread_self());
    return NULL;
}

int main() {
    //创建一个线程属性变量
    pthread_attr_t attr;
    //初始化属性变量
    pthread_attr_init(&attr);

    //设置属性
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

    //获取线程栈的大小

    size_t size;

    pthread_attr_getstacksize(&attr, &size);

    printf("thread stack size : %ld \n", size);


    pthread_t tid;
    int ret = pthread_create(&tid, &attr, callback, NULL);
    if(ret != 0) {
        char* str = strerror(ret);
        printf("%s\n", str);
    }

    for(int i = 0 ; i < 5; i++) {
        printf("i = %d\n", i);
    }

    printf("tid : %ld. main tid : %ld\n", tid, pthread_self());

    //释放掉线程属性资源
    pthread_attr_destroy(&attr);

    pthread_exit(NULL);

    return 0;

}

1.6线程同步

◼ 线程的主要优势在于，能够通过全局变量来共享信息。不过，这种便捷的共享是有代价 的：必须确保多个线程不会同时修改同一变量，或者某一线程不会读取正在由其他线程 修改的变量。

◼ 临界区是指访问某一共享资源的代码片段，并且这段代码的执行应为原子操作，也就是 同时访问同一共享资源的其他线程不应终端该片段的执行。

◼ 线程同步：即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进 行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作，而其他线程则处 于等待状态。

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

void * callback(void * arg) {
    printf("child thread id : %ld\n", pthread_self());
    return NULL;
}

int main() {
    //创建一个线程属性变量
    pthread_attr_t attr;
    //初始化属性变量
    pthread_attr_init(&attr);

    //设置属性
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

    //获取线程栈的大小

    size_t size;

    pthread_attr_getstacksize(&attr, &size);

    printf("thread stack size : %ld \n", size);


    pthread_t tid;
    int ret = pthread_create(&tid, &attr, callback, NULL);
    if(ret != 0) {
        char* str = strerror(ret);
        printf("%s\n", str);
    }

    for(int i = 0 ; i < 5; i++) {
        printf("i = %d\n", i);
    }

    printf("tid : %ld. main tid : %ld\n", tid, pthread_self());

    //释放掉线程属性资源
    pthread_attr_destroy(&attr);

    pthread_exit(NULL);

    return 0;

}

1.6.1 互斥量

◼ 为避免线程更新共享变量时出现问题，可以使用互斥量（mutex 是 mutual exclusion 的缩写）来确保同时仅有一个线程可以访问某项共享资源。可以使用互斥量来保证对任意共 享资源的原子访问。

◼ 互斥量有两种状态：已锁定（locked）和未锁定（unlocked）。任何时候，至多只有一 个线程可以锁定该互斥量。试图对已经锁定的某一互斥量再次加锁，将可能阻塞线程或者报 错失败，具体取决于加锁时使用的方法。

◼ 一旦线程锁定互斥量，随即成为该互斥量的所有者，只有所有者才能给互斥量解锁。一般情 况下，对每一共享资源（可能由多个相关变量组成）会使用不同的互斥量，每一线程在访问 同一资源时将采用如下协议：

⚫ 针对共享资源锁定互斥量

⚫ 访问共享资源

⚫ 对互斥量解锁

如果多个线程试图执行这一块代码（一个临界区），事实上只有一个线程能够持有该互斥 量（其他线程将遭到阻塞），即同时只有一个线程能够进入这段代码区域，如下图所示：

 1.6.12互斥量函数

◼ 互斥量的类型 pthread_mutex_t

◼ int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

◼ int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

◼ int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

◼ int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

◼ int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

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

int tickets = 1000;

//创建一个互斥量
pthread_mutex_t mutex;

void * callback(void * arg) {
    //卖票
    while(1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if(tickets > 0) {
            usleep(6000);
            printf("%ld 正在卖第 %d 张门票\n", pthread_self(), tickets);
            tickets--;
        }
        else {
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            break;
        }
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    
    return NULL;
}

int main() {
    //创建三个子线程
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_t tid1, tid2, tid3;
    pthread_create(&tid1, NULL, callback, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, callback, NULL);
    pthread_create(&tid3, NULL, callback, NULL);




    //回收子线程的资源
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_join(tid3, NULL);


    //退出主线程
    pthread_exit(NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    return 0;
}

1.7 死锁

◼ 有时，一个线程需要同时访问两个或更多不同的共享资源，而每个资源又都由不同的互 斥量管理。当超过一个线程加锁同一组互斥量时，就有可能发生死锁。

◼ 两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺共享资源而造成的一种互相等待的现象， 若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁。

◼ 死锁的几种场景：

 忘记释放锁

 重复加锁

 多线程多锁，抢占锁资源

 ◼ 当有一个线程已经持有互斥锁时，互斥锁将所有试图进入临界区的线程都阻塞住。但是考 虑一种情形，当前持有互斥锁的线程只是要读访问共享资源，而同时有其它几个线程也想 读取这个共享资源，但是由于互斥锁的排它性，所有其它线程都无法获取锁，也就无法读 访问共享资源了，但是实际上多个线程同时读访问共享资源并不会导致问题。

◼ 在对数据的读写操作中，更多的是读操作，写操作较少，例如对数据库数据的读写应用。 为了满足当前能够允许多个读出，但只允许一个写入的需求，线程提供了读写锁来实现。

◼ 读写锁的特点：  如果有其它线程读数据，则允许其它线程执行读操作，但不允许写操作。  如果有其它线程写数据，则其它线程都不允许读、写操作。  写是独占的，写的优先级高。

deadloc1.c

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

pthread_mutex_t mutex1, mutex2;

void * workA(void * arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    pthread_mutex_lock(&mutex2);

    printf("WorkA.....\n");

    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);

    return NULL;
}

void * workB(void * arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    pthread_mutex_lock(&mutex1);

    printf("WorkB.....\n");

    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);

    return NULL;
}

int main() {

    pthread_mutex_init(&mutex1, NULL);
    pthread_mutex_init(&mutex2, NULL);

    pthread_t tid1, tid2;
    pthread_create(&tid1, NULL, workA, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, workB, NULL);

    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);

    //释放互斥量资源
    pthread_mutex_destroy(&mutex1);
    pthread_mutex_destroy(&mutex2);


}

deadloc2.c

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

int tickets = 10;

//创建一个互斥量
pthread_mutex_t mutex;

void * callback(void * arg) {
    //卖票
    while(1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if(tickets > 0) {
            usleep(6000);
            printf("%ld 正在卖第 %d 张门票\n", pthread_self(), tickets);
            tickets--;
        }
        else {
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            break;
        }
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    
    return NULL;
}

int main() {
    //创建三个子线程
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_t tid1, tid2, tid3;
    pthread_create(&tid1, NULL, callback, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, callback, NULL);
    pthread_create(&tid3, NULL, callback, NULL);




    //回收子线程的资源
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_join(tid3, NULL);


    //退出主线程
    pthread_exit(NULL);

    
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    return 0;
}

1.8 读写锁

◼ 当有一个线程已经持有互斥锁时，互斥锁将所有试图进入临界区的线程都阻塞住。但是考 虑一种情形，当前持有互斥锁的线程只是要读访问共享资源，而同时有其它几个线程也想 读取这个共享资源，但是由于互斥锁的排它性，所有其它线程都无法获取锁，也就无法读 访问共享资源了，但是实际上多个线程同时读访问共享资源并不会导致问题。

◼ 在对数据的读写操作中，更多的是读操作，写操作较少，例如对数据库数据的读写应用。 为了满足当前能够允许多个读出，但只允许一个写入的需求，线程提供了读写锁来实现。

◼ 读写锁的特点：

 如果有其它线程读数据，则允许其它线程执行读操作，但不允许写操作。

 如果有其它线程写数据，则其它线程都不允许读、写操作。

 写是独占的，写的优先级高。

◼ 读写锁的类型 pthread_rwlock_t

◼ int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);

◼ int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

◼ int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

◼ int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

◼ int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

◼ int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

◼ int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

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

//创建一个共享数据
int num = 1;

pthread_mutex_t mutex;
pthread_rwlock_t rwlock;

void * writeNum(void * arg) {
    while(1) {
        pthread_rwlock_wrlock(& rwlock);
        num++;
        printf("++write, tid %ld, num : %d\n", pthread_self(), num);
        pthread_rwlock_unlock(& rwlock);
        usleep(100);
    }
    return NULL;
}

void * readNum(void * arg) {
    while(1) {
        pthread_rwlock_rdlock(& rwlock);
        printf("===read, tid : %ld, num : %d \n", pthread_self(), num);
        pthread_rwlock_unlock(& rwlock);
        usleep(100);
    }
    return NULL;
}
 
int main () {
    pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
    pthread_t wtids[3], rtids[5];
    for(int i = 0; i < 3; i++) {
        pthread_create(&wtids[i], NULL, writeNum, NULL);
    }

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_create(&rtids[i], NULL, readNum, NULL);
    }

    //设置线程分离
    for(int i = 0; i < 3; i++) {
        pthread_detach(wtids[i]);
    }

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_detach(rtids[i]);
    }

    pthread_exit(NULL);
    
    pthread_rwlock_destroy(&rwlock);



    return 0;
}

1.9 生产者 消费者模型

下面容易出错：

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

pthread_mutex_t mutex;

struct Node {
    int num;
    struct Node * next;
};

struct Node * head = NULL;

void *producer(void * arg) {
    //不断创建新的节点，加入链表
    while(1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        struct Node * newNode = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));
        newNode->next = head;
        head = newNode;
        newNode->num = rand() % 1000;
        printf("add Node, num : %d, tid : %ld \n", newNode->num, pthread_self());
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        usleep(100);
    }
    return NULL;
}

void *customer(void * arg) {
    while(1) {
       if(head != NULL) {
           pthread_mutex_lock(&mutex);
           struct Node * temp = head;
           printf("delete node, num： %d, tid : %ld \n", head->num, pthread_self());
           head = head->next;
           free(temp);
           pthread_mutex_unlock(&mutex);
           usleep(100);
       }
    }
    return NULL;
}

int main() {
    //创建5个生产者线程，5个消费者线程
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_t ptids[5];
    pthread_t ctids[5];

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_create(&ptids[i], NULL, producer, NULL);
        pthread_create(&ctids[i], NULL, customer, NULL);
    }

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_detach(ptids[i]);
        pthread_detach(ctids[i]);
    }

    //退出主线程
    pthread_exit(NULL);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

因为可能在运行if函数的时候，不为空，但是此时没有进行互斥信号，此时刚好有一个今后消费者占有互斥信号，退出。然后在进入 就会报错

 1.10 条件变量

条件变量的类型

pthread_cond_t

◼ int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);

◼ int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

◼ int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);

◼ int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);

◼ int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

◼ int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

/*
    条件变量的类型 pthread_cond_t
    int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);
    int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
    int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
        - 等待，调用了该函数，线程会阻塞。
    int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);
        - 等待多长时间，调用了这个函数，线程会阻塞，直到指定的时间结束。
    int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
        - 唤醒一个或者多个等待的线程
    int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
        - 唤醒所有的等待的线程
*/

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

pthread_mutex_t mutex;

struct Node {
    int num;
    struct Node * next;
};

struct Node * head = NULL;

void *producer(void * arg) {
    //不断创建新的节点，加入链表
    while(1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        struct Node * newNode = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));
        newNode->next = head;
        head = newNode;
        newNode->num = rand() % 1000;
        printf("add Node, num : %d, tid : %ld \n", newNode->num, pthread_self());
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        usleep(100);
    }
    return NULL;
}

void *customer(void * arg) {
    while(1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        struct Node * temp = head;
        if(head != NULL) {
            printf("delete node, num： %d, tid : %ld \n", head->num, pthread_self());
            head = head->next;
            free(temp);
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            usleep(100);
        }
        else {
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
        }
    }
    return NULL;
}

int main() {
    //创建5个生产者线程，5个消费者线程
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_t ptids[5];
    pthread_t ctids[5];

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_create(&ptids[i], NULL, producer, NULL);
        pthread_create(&ctids[i], NULL, customer, NULL);
    }

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_detach(ptids[i]);
        pthread_detach(ctids[i]);
    }

    //退出主线程
    pthread_exit(NULL);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

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

// 创建一个互斥量
pthread_mutex_t mutex;
// 创建条件变量
pthread_cond_t cond;

struct Node{
    int num;
    struct Node *next;
};

// 头结点
struct Node * head = NULL;

void * producer(void * arg) {

    // 不断的创建新的节点，添加到链表中
    while(1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        struct Node * newNode = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));
        newNode->next = head;
        head = newNode;
        newNode->num = rand() % 1000;
        printf("add node, num : %d, tid : %ld\n", newNode->num, pthread_self());
        
        // 只要生产了一个，就通知消费者消费
        pthread_cond_signal(&cond);

        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        usleep(100);
    }

    return NULL;
}

void * customer(void * arg) {

    while(1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        // 保存头结点的指针
        struct Node * tmp = head;
        // 判断是否有数据
        if(head != NULL) {
            // 有数据
            head = head->next;
            printf("del node, num : %d, tid : %ld\n", tmp->num, pthread_self());
            free(tmp);
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            usleep(100);
        } else {
            // 没有数据，需要等待
            // 当这个函数调用阻塞的时候，会对互斥锁进行解锁，当不阻塞的，继续向下执行，会重新加锁。
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
        }
    }
    return  NULL;
}

int main() {

    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&cond, NULL);

    // 创建5个生产者线程，和5个消费者线程
    pthread_t ptids[5], ctids[5];

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_create(&ptids[i], NULL, producer, NULL);
        pthread_create(&ctids[i], NULL, customer, NULL);
    }

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_detach(ptids[i]);
        pthread_detach(ctids[i]);
    }

    while(1) {
        sleep(10);
    }

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond);

    pthread_exit(NULL);

    return 0;
}

1.11 信号量

/*
    信号量的类型 sem_t
    int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
        - 初始化信号量
        - 参数：
            - sem : 信号量变量的地址
            - pshared : 0 用在线程间 ，非0 用在进程间
            - value : 信号量中的值

    int sem_destroy(sem_t *sem);
        - 释放资源

    int sem_wait(sem_t *sem);
        - 对信号量加锁，调用一次对信号量的值-1，如果值为0，就阻塞

    int sem_trywait(sem_t *sem);

    int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
    int sem_post(sem_t *sem);
        - 对信号量解锁，调用一次对信号量的值+1

    int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);

    sem_t psem;
    sem_t csem;
    init(psem, 0, 8);
    init(csem, 0, 0);

    producer() {
        sem_wait(&psem);
        sem_post(&csem)
    }

    customer() {
        sem_wait(&csem);
        sem_post(&psem)
    }

*/
 

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

// 创建一个互斥量
pthread_mutex_t mutex;
// 创建两个信号量
sem_t psem;
sem_t csem;

struct Node{
    int num;
    struct Node *next;
};

// 头结点
struct Node * head = NULL;

void * producer(void * arg) {

    // 不断的创建新的节点，添加到链表中
    while(1) {
        sem_wait(&psem);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        struct Node * newNode = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));
        newNode->next = head;
        head = newNode;
        newNode->num = rand() % 1000;
        printf("add node, num : %d, tid : %ld\n", newNode->num, pthread_self());
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sem_post(&csem);
    }

    return NULL;
}

void * customer(void * arg) {

    while(1) {
        sem_wait(&csem);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        // 保存头结点的指针
        struct Node * tmp = head;
        head = head->next;
        printf("del node, num : %d, tid : %ld\n", tmp->num, pthread_self());
        free(tmp);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sem_post(&psem);
       
    }
    return  NULL;
}

int main() {

    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    sem_init(&psem, 0, 8);
    sem_init(&csem, 0, 0);

    // 创建5个生产者线程，和5个消费者线程
    pthread_t ptids[5], ctids[5];

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_create(&ptids[i], NULL, producer, NULL);
        pthread_create(&ctids[i], NULL, customer, NULL);
    }

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_detach(ptids[i]);
        pthread_detach(ctids[i]);
    }

    while(1) {
        sleep(10);
    }

    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    pthread_exit(NULL);

    return 0;
}