第4章 进程及进程管理4

⑶．等待线程终止
格式： int pthread_join (pthread_t th, void **thread_return) 参数说明： th——被等待的线程标识符， *thread_return——用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的终止信 息。类似于wait( [int*stat_addr,] 0 )中的*stat_addr。如果不需要取终 止信息则可使用NULL。 功能：回收终止的线程，类似于回收进程 waitpid() 。调用它的函数将一直 等待到被等待的线程结束为止。当函数返回时，被等待线程的资源被收 回。 返回值：成功返回0 出错则返回错误码 所用头文件： #include <pthread.h>
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/*主线程*/ for(i=0;i<5;i++) pthread_join(threads[i],NULL); //等待5个子线程终止 printf("All thread finished.\n"); //输出结束提示 exit(0); }
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（七） Linux多线程同步下的信号量
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（二）线程及其特征




线程是调度执行的基本单位 ;线程不是资源分配的基本单 位; 线程从属于某个进程，是该进程的某个执行路线。因此， 也将进程称为重型进程，线程称为轻型进程。 线程是进程中的一个相对独立的可执行单元。 一个进程中至少包含一个线程。 由于同一进程内的线程之间涉及资源共享，所以需要同 步机制来实现进程内多线程之间的通信。 与进程类似，线程还可以创建其它线程，线程也有生命 周期，也有状态的变化。
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1．Linux线程系统调用
⑵．线程终止 格式： int pthread_exit(void*retval) 参数说明： retval——传递给创建它的父线程的终止信息。 功能：终止一个线程。 返回值：成功返回0 出错则返回错误码
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1．Linux线程系统调用
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main() /*主线程循环输出3次*/ { for(i=0;i<3;i++) { /*定义线程内部标识 */ pthread_t threadid; printf("This is the main pthread.\n"); int i,ret; sleep(1); /*创建一个子线程并指定执行函数， 函数不带参数*/ } pthread_join(threadid,NU ret=pthread_create(&threadi LL); //等待子线程结束 d,NULL,(void*)thread,NULL exit(0); ); if(ret!=0) } { printf ("Create pthread error!\n"); exit (1); }
2015/7/30 ຫໍສະໝຸດ 02．Linux线程举例[例]在主函数中创建一个线程，其功能是循环输出3次“This is the second pthread.”；主线程也循环输出3次“This is the main pthread.”，观察 并分析它们的执行过程。
源程序清单，文件名：pthread.c #include <stdio.h> #include <pthread.h> //线程所用头函数 /*定义线程的执行函数*/ void thread(void) //必须使用void作为返回类型 { int i; for(i=0;i<3;i++) { printf(“This is the second pthread.\n”); //显示自己是子线程 sleep(1); } }
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带有线程的源程序在进行编译时需要使用参数 -lpthread：
gcc -lpthread –o 目标文件名 源文件名
编译和运行该程序后的结果为：
由上述输出结果可以看出，当线程作为调度的基本单位时，创建的 子线程连同主线程共形成两个线程被操作系统调度，因而产生以 上类似于进程随机调度的运行结果。
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（六）线程举例
1．Linux线程系统调用
⑴．创建线程
格式： int pthread_create(pthread_t*thread, pthread_attr_t*attr, void* (*start_routine)(void *), void*arg) 参数说明： thread——返回创建的线程标识符ID，是个指向线程标识符的指针； attr——设置线程的属性，如果使用NULL则表示为系统默认属性； start_routine——线程执行函数的地址，该函数必须具有void*返回值； arg——线程执行函数的参数，如果不带参数则可以使用NULL 。 返回值：成功返回0 出错则返回错误码 注：①．该系统调用调用clone函数来创建线程。 ②．由于线程没有自己的存储空间，所以，它所执行的函数需要在创 建它的进程中加以定义。
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/*主线程*/ main() { int tid; pthread_t threads[MAXTHREAD]; /*定义线程执行函数的参数*/
//定义多线程标识符数组
char message[][10]={"thread1","thread2","thread3","thread4","thread5"};
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3．多线程举例
[例]定义一个多线程标识符数组，然后创建多个线程，每个线程执行 的程序都是显示该线程标识符及其下标值。主线程则等待每个线 程终止，显示结束提示符后结束运行。设创建5个子线程。 程序清单：文件名multhread.c #include<pthread.h> #include<stdio.h> #define MAXTHREAD 5 //定义多线程标识符数组元素个数 void*threaf_fuction(void*arg) //定义线程执行函数 { printf(arg); printf("\n"); }
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2．内核级线程
内核级线程 KLT(Kernel-Level Thread)中，所有线程的创建、调度、管理 都由操作系统内核负责。一个用户进程可以按多线程方式编写程序，当 它被提交给多线程操作系统运行时，内核为它创建一个进程和一个线程， 线程 在 运 行 中 还 可 以 创 建 新 的 线 程 。 我 们 称 之 为“ 纯 KLT 方 法” 。 Windows NT属于此类。 其优点在于： 内核可以调度一个进程中的多个线程，使其同时在多个处理器上并发运 行，从而提高运行的速度和效率。 当进程中的一个线程被阻塞时，该进程中的其它线程仍可运行。 内核本身也可以用线程的方式实现。 其缺点在于： 同一进程中的线程切换要有两次态的转换（用户态→内核态 →用户态）， 因为线程的调度运行在内核态，而应用程序运行在用户态。
/*循环创建5个子线程*/ int i; for(i=0;i<5;i++) { /*创建子线程并指定执行函数及参数*/ tid=pthread_create(&threads[i],NULL,threaf_fuction,message[i]); if(tid!=0) { perror("Thread creation failed"); exit(1); } }

Mutex: 变量定义： 初始化： 进入加锁: 退出解锁:
pthread_mutex_t mut; pthread_mutex_init(&mut,NULL); pthread_mutex_lock(&mut); pthread_mutex_unlock(&mut);
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Linux下利用互斥锁实现线程互斥： #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h>
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（五）线程的分类
1．用户级线程
用户级线程ULT（User-Level Thread）由用户程序创建，并由用户程序对 其进行调度和管理。操作系统内核并不知道有用户级线程的存在，因而 用户级线程与内核无关。我们也称之为“纯 ULT 方法”。 MS-DOS 、 Unix属于这种方法。 其优点在于： 应用程序中的线程转换开销比内核级的开销要小得多。（开销小） 线程的调度算法与操作系统的调度算法无关。（算法灵活） 用户级线程方法可以适用于任何操作系统，因为它与内核无关。（高适 应性） 其缺点在于： 当进程中某线程执行一个系统调用而被阻塞时，会导致本进程的其它线 程也阻塞。 在纯 ULT 方式下，多线程不便利用多处理器，因为每次只有一个进程的 一个线程在一个CPU上运行。
4.7 进程通信




进程通信是指进程之间可直接以较高的效率传递较多数据的信息 交换方式。 Linux进程间通信（Inte-Process Communication,IPC）可分 为控制信息的通信（低级通信）和大批数据信息的通信（高级通 信）。 低级通信主要用于进程间的同步、互斥、终止、挂起等控制信息 的传递，所传递的信息往往只是一个信号、一个键或组合键。高 级通信主要用于进程间数据块的交换和共享。 用于实现低级通信的有软中断信号、信号量集。实现高级通信的 有管道、消息队列、共享内存等。
4.8 线程
（一）问题的提出
进程的引入使操作系统得以完成对并发执行的多道程序动态特征的 描述和资源共享的管理，因而进程既是调度的基本单位又是资源 分配的基本单位。进程所具有的这两个特点构成了程序并发执行 的基础，但同时又导致进程切换过程中由于进程映像过大而带来 的时空开销。因此，如果系统中创建的进程过多，或进程切换的 频率过高，则会使系统效率下降，限制了并发度的进一步提高。 进程切换所带来的庞大开销是因为进程与资源分配有关，操作系统 如何降低进程切换所需要的时空开销呢？比如野战军作战略转移 时，所有辎重都要随身携带，速度自然很慢。但是当部队要抢占 山头时所采取的办法是卸下辎重，只带轻武器以急行军方式跑步 前进，速度自然就会快很多。 那么，操作系统是否也可以将调度的基本单位改成一种只用于调度 执行而不涉及资源分配的单位？这个单位就是“线程”。 ——减小进程上下文切换开销 及更好地支持SMP（对称多处理）