linux线程学习笔记

【1】线程
(1)线程的定义：
    每个用户进程有自己的独立的地址空间，task_struct 和地址空间映射表
    一起用来表示一个进程。为了提高系统的性能，许多操作系统规范里引入了轻量级进程的概念，
    也被称为线程。
(2)线程的特点：
    1、一个进程中的所有线程可以访问该进程的组成部件，如内存、全局变量------线程在进程的内部
    2、线程拥有自己独立的的堆栈和局部变量。（线程ID）
    3、线程的创建速度快、系统资源开销小。
    4、因此线程有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP
(3)线程与进程的关系
    逻辑：
    --- 一个进程至少有一个线程，称为主线程.----子线程由主线程创建出来的
    --- 其他所有线程都是依附于主线程（进程）存在的------》主线程在，子线程在，主线程无，子线程无。
    结论：进程之间空间独立，互不影响
          线程共享进程空间，主线程影响各线程。
    空间：
    --- 进程间内存相对独立，一个进程崩溃后，一般不会影响其它进程。
    --- 线程没有自己的地址空间，主线程死掉其它线程立即结束；
    效率：
    --- 进程在切换时，耗费资源较大，效率较低
    --- 线程属于轻量级进程，效率比较高。
(4)线程的创建
    pthread_create
    #include <pthread.h>
    int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                          void *(*start_routine) (void *), void *arg);
    函数的功能：创建（开启）一个新的子线程（在主线程的基础上）
    参数：thread 线程id 
          attr 默认分配线程的堆栈空间以及属性信息，一般传NULL
          start_ruotine 线程的执行体
          void *(*start_routine) (void *)
          典型的函数指针：也是一个回调函数（***）
          注意：*start_routine 传一个地址 一般函数名可以作为地址传入
          arg 为第3个参数传参
    返回值：成功返回0，失败-1
    pthread_self
    pthread_t pthread_self(void);
    函数的功能：获取当前线程的id
    参数:无
    返回值：线程id
    pthread_exit
    void pthread_exit(void *retval);
    函数的功能：结束一个线程，并保存线程的状态
    参数：retval 用于保存线程结束时的状态信息
    返回值：无
    pthread_join
    int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
    函数的功能：回收子线程的资源
    参数：thread 指定子线程id
         retval 保存线程结束时状态
    返回值：成功返回0，失败-1
(5)线程间的通信方式-全局变量
    结论：因为多个线程共享进程空间，所以我们通过全局变量变量通信。
          当主线程启动起来，在当前进程内部多个线程抢占cpu
【2】线程间的同步互斥机制---
(1)同步：多个线程按照约定顺序共同的完成一个任务。
(2)互斥：保证共享资源（临界资源）（全局变量）操作的完整性，为了实现原子操作。
(3)同步与互斥的关系
    同步的基础使互斥，实现同步，一定会实现互斥。
    实现互斥不一定实现同步。
(4)线程间的同步互斥机制有3种
    1》信号量（无名信号量）
     线程的同步机制---信号量---无名信号量
     信号量代表某一类资源，其值表示系统中该资源的数量
     信号量是一个受保护的变量，只能通过四种操作来访问
     初始化信号量
     Ｐ操作(申请资源)---sem_wait
     Ｖ操作(释放资源)---sem_post
     销毁信号量
     信号量的值为非负整数
        操作步骤：
        sem_init
        #include <semaphore.h>
        int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
        函数的功能：初始化信号量
        参数：sem 要初始化的信号量
              pshared 0 线程间
                      >0 进程间
              value 信号量的初始值（资源的数量）
        返回值 ：成功返回0，失败-1；
        sem_post
        int sem_post(sem_t *sem);
        函数的功能：释放信号量（资源）
        参数：sem 信号量
        返回值：成功返回0，失败-1；
        sem_wait
        int sem_wait(sem_t *sem);
        函数的功能：申请资源/信号量（消耗资源）
        参数：sem 要消耗的资源/信号量
        返回值：成功返回0，失败-1；
        sem_destroy
        int sem_destroy(sem_t *sem);
        函数的功能：销毁信号量
        参数：sem 要销毁的信号量
        返回值：成功返回0，失败-1
    2》条件变量（有名信号量）----线程间同步
        注意：使用条件变量的时候必须结合互斥锁才能实现同步。
        操作步骤：
        pthread_cond_init
        int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,
              const pthread_condattr_t *restrict attr);
        函数的功能：初始化条件变量
        参数：cond 要初始化的条件变量
              attr 条件变量属性信息 NULL
        返回值：成功返回0，失败-1
        pthread_cond_wait
        int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,
              pthread_mutex_t *restrict mutex);
        函数的功能：等待条件的发生
        参数：cond 等待发生的条件
              mutex 互斥锁
        返回值：成功返回0，失败-1
        pthread_cond_signal
        int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
        函数的功能：发送线程结束条件
        参数：cond 条件信息
        返回值：成功返回0，失败-1；
        pthread_cond_destroy
        int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,
              const pthread_condattr_t *restrict attr);
        函数的功能：销毁条件变量
        参数：cond 要销毁的条件变量
        返回值：成功返回0，失败-1
        注意：
        条件变量有一个致命的缺点，就是需要先处于等待信号发生的状态，因为信号的发生时刻是内核操作的
        程序员无法预知，如果先发送信号，再处于等待状态，就会将信号漏掉，此时就会一直阻塞等待
        解决办法：
        调用延时函数sleep（）；
    3》互斥锁
        互斥锁重要用来保护临界资源
        每个临界资源都由一个互斥锁来保护，任何时刻最多只能有一个线程访问该资源。
        线程必须先获取互斥锁才能访问临界资源，访问完资源后释放该资源，如果无法获得锁，线程会阻塞直到获得
        锁为止。
        操作步骤：
        pthread_mutex_init
        int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,
              const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
        函数的功能：初始化互斥锁
        参数：mutex 要初始化的锁
              attr 锁的属性信息，一般为NULL 默认设置
        返回值：成功返回0，失败-1；
        pthread_mutex_lock
        int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
        函数的功能：上锁
        参数：mutex 要上得锁
        返回值：成功返回0，失败-1
        pthread_mutex_unlock
        int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
        函数的功能：解锁
        参数：mutex 要解锁的那把锁
        返回值：成功返回0，失败-1
        pthread_mutex_destroy
        函数的功能：销毁互斥锁
        参数：mutex 要销毁的锁
        返回值：成功返回0，失败-1；
        例子：定义3个全局变量count，value1，value2，在主线程当中循环对count++，count操作完事后
        分别将count的值赋值给value1，value2,子线程当中,判断如果value1！=value2时，打印count，value1，value2
        注意：
        1）锁的是对的出现的，有上锁必有解锁的过程
        2）互斥锁使用必须所有的线程都遵循这个规则，如果只有部分线程遵循这个规则，互斥锁失效
        3）当一个线程申请到这个锁的时候，其他线程阻塞等待，直到把锁释放，其他的线程才有申请锁的机会
        否则一直等待。
        4）抢占锁的顺序不一定。谁都有可能先抢占到。