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目前Linux中最流行的線程機(jī)制為LinuxThreads，所采用的就是線程－進(jìn)程“一對(duì)一”模型，調(diào)度交給核心，而在用戶級(jí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)包括信號(hào)處理在內(nèi)的線程管理機(jī)制。LinuxThreads由Xavier Leroy (Xavier.Leroy@inria.fr)負(fù)責(zé)開發(fā)完成，并已綁定在GLIBC中發(fā)行，它實(shí)現(xiàn)了一種BiCapitalized面向Linux的Posix 1003.1c “pthread”標(biāo)準(zhǔn)接口。Linuxthread可以支持Intel、Alpha、MIPS等平臺(tái)上的多處理器系統(tǒng)。
按照POSIX 1003.1c 標(biāo)準(zhǔn)編寫的程序與Linuxthread 庫相鏈接即可支持Linux平臺(tái)上的多線程，在程序中需包含頭文件pthread. h，在編譯鏈接時(shí)使用命令：
gcc -D -REENTRANT -lpthread xxx. c
其中-REENTRANT宏使得相關(guān)庫函數(shù)(如stdio.h、errno.h中函數(shù)) 是可重入的、線程安全的(thread-safe)，-lpthread則意味著鏈接庫目錄下的libpthread.a或libpthread.so文件。使用Linuxthread庫需要2.0以上版本的Linux內(nèi)核及相應(yīng)版本的C庫(libc 5.2.18、libc 5.4.12、libc 6)。

2.“線程”控制

線程創(chuàng)建
進(jìn)程被創(chuàng)建時(shí)，系統(tǒng)會(huì)為其創(chuàng)建一個(gè)主線程，而要在進(jìn)程中創(chuàng)建新的線程，則可以調(diào)用pthread_create：
pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *
  (start_routine)(void*), void *arg);
start_routine為新線程的入口函數(shù)，arg為傳遞給start_routine的參數(shù)。
每個(gè)線程都有自己的線程ID，以便在進(jìn)程內(nèi)區(qū)分。線程ID在pthread_create調(diào)用時(shí)回返給創(chuàng)建線程的調(diào)用者；一個(gè)線程也可以在創(chuàng)建后使用pthread_self()調(diào)用獲取自己的線程ID：
pthread_self (void) ;
線程退出
線程的退出方式有三：
（1）執(zhí)行完成后隱式退出；
（2）由線程本身顯示調(diào)用pthread_exit 函數(shù)退出；
pthread_exit (void * retval) ;
（3）被其他線程用pthread_cance函數(shù)終止：
pthread_cance (pthread_t thread) ;
在某線程中調(diào)用此函數(shù)，可以終止由參數(shù)thread 指定的線程。
如果一個(gè)線程要等待另一個(gè)線程的終止，可以使用pthread_join函數(shù)，該函數(shù)的作用是調(diào)用pthread_join的線程將被掛起直到線程ID為參數(shù)thread的線程終止：
pthread_join (pthread_t thread, void** threadreturn);

3.線程通信

線程互斥
互斥意味著“排它”，即兩個(gè)線程不能同時(shí)進(jìn)入被互斥保護(hù)的代碼。Linux下可以通過pthread_mutex_t 定義互斥體機(jī)制完成多線程的互斥操作，該機(jī)制的作用是對(duì)某個(gè)需要互斥的部分，在進(jìn)入時(shí)先得到互斥體，如果沒有得到互斥體，表明互斥部分被其它線程擁有，此時(shí)欲獲取互斥體的線程阻塞，直到擁有該互斥體的線程完成互斥部分的操作為止。
下面的代碼實(shí)現(xiàn)了對(duì)共享全局變量x 用互斥體mutex 進(jìn)行保護(hù)的目的：
int x; // 進(jìn)程中的全局變量
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL); //按缺省的屬性初始化互斥體變量mutex
pthread_mutex_lock(&mutex); // 給互斥體變量加鎖
… //對(duì)變量x 的操作
phtread_mutex_unlock(&mutex); // 給互斥體變量解除鎖
線程同步
同步就是線程等待某個(gè)事件的發(fā)生。只有當(dāng)?shù)却氖录l(fā)生線程才繼續(xù)執(zhí)行，否則線程掛起并放棄處理器。當(dāng)多個(gè)線程協(xié)作時(shí)，相互作用的任務(wù)必須在一定的條件下同步。
Linux下的C語言編程有多種線程同步機(jī)制，最典型的是條件變量(condition variable)。pthread_cond_init用來創(chuàng)建一個(gè)條件變量，其函數(shù)原型為：
pthread_cond_init (pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);
pthread_cond_wait和pthread_cond_timedwait用來等待條件變量被設(shè)置，值得注意的是這兩個(gè)等待調(diào)用需要一個(gè)已經(jīng)上鎖的互斥體mutex，這是為了防止在真正進(jìn)入等待狀態(tài)之前別的線程有可能設(shè)置該條件變量而產(chǎn)生競爭。pthread_cond_wait的函數(shù)原型為：
pthread_cond_wait (pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
pthread_cond_broadcast用于設(shè)置條件變量，即使得事件發(fā)生，這樣等待該事件的線程將不再阻塞：
pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t *cond) ;
pthread_cond_signal則用于解除某一個(gè)等待線程的阻塞狀態(tài)：
pthread_cond_signal (pthread_cond_t *cond) ; 
pthread_cond_destroy 則用于釋放一個(gè)條件變量的資源。
在頭文件semaphore.h 中定義的信號(hào)量則完成了互斥體和條件變量的封裝，按照多線程程序設(shè)計(jì)中訪問控制機(jī)制，控制對(duì)資源的同步訪問，提供程序設(shè)計(jì)人員更方便的調(diào)用接口。
sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int val);
這個(gè)函數(shù)初始化一個(gè)信號(hào)量sem 的值為val，參數(shù)pshared 是共享屬性控制，表明是否在進(jìn)程間共享。
sem_wait(sem_t *sem);
調(diào)用該函數(shù)時(shí)，若sem為無狀態(tài)，調(diào)用線程阻塞，等待信號(hào)量sem值增加(post )成為有信號(hào)狀態(tài)；若sem為有狀態(tài)，調(diào)用線程順序執(zhí)行，但信號(hào)量的值減一。
sem_post(sem_t *sem);
調(diào)用該函數(shù)，信號(hào)量sem的值增加，可以從無信號(hào)狀態(tài)變?yōu)橛行盘?hào)狀態(tài)。

4.實(shí)例

下面我們還是以著名的生產(chǎn)者/消費(fèi)者問題為例來闡述Linux線程的控制和通信。一組生產(chǎn)者線程與一組消費(fèi)者線程通過緩沖區(qū)發(fā)生聯(lián)系。生產(chǎn)者線程將生產(chǎn)的產(chǎn)品送入緩沖區(qū)，消費(fèi)者線程則從中取出產(chǎn)品。緩沖區(qū)有N 個(gè)，是一個(gè)環(huán)形的緩沖池。

    
#include <stdio.h>     
#include <pthread.h>     
#define BUFFER_SIZE 16 // 緩沖區(qū)數(shù)量     
struct prodcons     
{     
  // 緩沖區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)     
  int buffer[BUFFER_SIZE]; /* 實(shí)際數(shù)據(jù)存放的數(shù)組*/     
  pthread_mutex_t lock; /* 互斥體lock 用于對(duì)緩沖區(qū)的互斥操作 */     
  int readpos, writepos; /* 讀寫指針*/     
  pthread_cond_t notempty; /* 緩沖區(qū)非空的條件變量 */     
  pthread_cond_t notfull; /* 緩沖區(qū)未滿的條件變量 */     
};     
/* 初始化緩沖區(qū)結(jié)構(gòu) */     
void init(struct prodcons *b)     
{     
  pthread_mutex_init(&b->lock, NULL);     
  pthread_cond_init(&b->notempty, NULL);     
  pthread_cond_init(&b->notfull, NULL);     
  b->readpos = 0;     
  b->writepos = 0;     
}     
/* 將產(chǎn)品放入緩沖區(qū),這里是存入一個(gè)整數(shù)*/     
void put(struct prodcons *b, int data)     
{     
  pthread_mutex_lock(&b->lock);     
  /* 等待緩沖區(qū)未滿*/     
  if ((b->writepos + 1) % BUFFER_SIZE == b->readpos)     
  {     
    pthread_cond_wait(&b->notfull, &b->lock);     
  }     
  /* 寫數(shù)據(jù),并移動(dòng)指針 */     
  b->buffer[b->writepos] = data;     
  b->writepos++;     
  if (b->writepos >  = BUFFER_SIZE)     
    b->writepos = 0;     
  /* 設(shè)置緩沖區(qū)非空的條件變量*/     
  pthread_cond_signal(&b->notempty);     
  pthread_mutex_unlock(&b->lock);     
}     
     
/* 從緩沖區(qū)中取出整數(shù)*/     
int get(struct prodcons *b)     
{     
  int data;     
  pthread_mutex_lock(&b->lock);     
  /* 等待緩沖區(qū)非空*/     
  if (b->writepos == b->readpos)     
  {     
    pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock);     
  }     
  /* 讀數(shù)據(jù),移動(dòng)讀指針*/     
  data = b->buffer[b->readpos];     
  b->readpos++;     
  if (b->readpos >  = BUFFER_SIZE)     
    b->readpos = 0;     
  /* 設(shè)置緩沖區(qū)未滿的條件變量*/     
  pthread_cond_signal(&b->notfull);     
  pthread_mutex_unlock(&b->lock);     
  return data;     
}     
     
/* 測試:生產(chǎn)者線程將1 到10000 的整數(shù)送入緩沖區(qū),消費(fèi)者線     
程從緩沖區(qū)中獲取整數(shù),兩者都打印信息*/     
#define OVER ( - 1)     
struct prodcons buffer;     
void *producer(void *data)     
{     
  int n;     
  for (n = 0; n < 10000; n++)     
  {     
    printf("%d --->\n", n);     
    put(&buffer, n);     
  } put(&buffer, OVER);     
  return NULL;     
}     
     
void *consumer(void *data)     
{     
  int d;     
  while (1)     
  {     
    d = get(&buffer);     
    if (d == OVER)     
      break;     
    printf("--->%d \n", d);     
  }     
  return NULL;     
}     
     
int main(void)     
{     
  pthread_t th_a, th_b;     
  void *retval;     
  init(&buffer);     
  /* 創(chuàng)建生產(chǎn)者和消費(fèi)者線程*/     
  pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0);     
  pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0);     
  /* 等待兩個(gè)線程結(jié)束*/     
  pthread_join(th_a, &retval);     
  pthread_join(th_b, &retval);     
  return 0;     
} 

5.WIN32、VxWorks、Linux線程類比

目前為止，筆者已經(jīng)創(chuàng)作了《基于嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks的多任務(wù)并發(fā)程序設(shè)計(jì)》（《軟件報(bào)》2006年5~12期連載）、《深入淺出Win32多線程程序設(shè)計(jì)》（天極網(wǎng)技術(shù)專題）系列，我們來找出這兩個(gè)系列文章與本文的共通點(diǎn)。
看待技術(shù)問題要瞄準(zhǔn)其本質(zhì)，不管是Linux、VxWorks還是WIN32，其涉及到多線程的部分都是那些內(nèi)容，無非就是線程控制和線程通信，它們的許多函數(shù)只是名稱不同，其實(shí)質(zhì)含義是等價(jià)的，下面我們來列個(gè)三大操作系統(tǒng)共同點(diǎn)詳細(xì)表單：

6.小結(jié)

本章講述了Linux下多線程的控制及線程間通信編程方法，給出了一個(gè)生產(chǎn)者/消費(fèi)者的實(shí)例，并將Linux的多線程與WIN32、VxWorks多線程進(jìn)行了類比，總結(jié)了一般規(guī)律。鑒于多線程編程已成為開發(fā)并發(fā)應(yīng)用程序的主流方法，學(xué)好本章的意義也便不言自明。