Linux系統編程——多線程

線程是獨立調度的基本單位。一個進程可以有一個或者多個線程，線程之間共享進程資源。

線程分類

按調度者分爲：

用戶級線程(User Level Thread，ULT)

解決上下文切換問題，調度算法和過程由用戶決定
存在於用戶空間
線程創建、撤銷以及線程之間的同步、通信無需系統調用來實現
同一進程的線程切換不需要內核支持
調度以進程爲單位

優點：

線程切換不需要到內核空間，節省內核空間
調度算法可以進程專用，亦或用戶程序指定
用戶線程實現與操作系統無關

缺點：

同一進程一個線程執行系統調用阻塞就導致進程阻塞
一個進程只能在一個CPU上獲得執行，無法發揮SMP(對稱多處理器)的優勢

核心級線程(kernel Supported threads，KST)

不同進程的線程按照同一相對優先調度算法調度，發揮SMP優勢
線程創建撤銷、以及切換等等通過系統調用陷入內核由內核響應程序處理
調度以線程爲基本單位

優點：

在SMP情況下，內核可以調度同一進程通中的多個線程併發工作
同一線程的一個線程阻塞，其他線程依然可以運行

缺點：

      主要是程序在內核態和用戶態之間切換帶來的開銷

線程相關API

線程的創建：

pthread_create - create a new thread  //創建一個新線程

//頭文件
#include <pthread.h>

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                          void *(*start_routine) (void *), void *arg);
thread —— 新線程TID(Thread id 類似進程的pid)
attr  —— 線程屬性，爲NULL創建一個標準線程
start_routine —— 線程入口函數
arg —— 線程入口參數

RETURN VALUE
  成功返回0; 錯誤返回errno, and the contents of *thread are undefined.

errno —— 一個全局變量，存放各種API執行失敗的原因

線程的退出：

線程入口函數調用return語句並指定返回值
線程調用pthread_exit()
調用pthread_cancel取消線程
任意線程調用exit()或者main線程調用了return，都將導致所有線程退出

pthread_exit - terminate calling thread 

#include <pthread.h>

void pthread_exit(void *retval);  //線程退出
retval —— 退出值

Compile and link with -pthread.//編譯要鏈接pthread庫

線程取消：

pthread_cancel - send a cancellation request to a thread //發送取消線程請求

#include <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t thread);  //取消線程

RETURN VALUE
    成功 pthread_cancel() 返回 0; 失敗, 返回非零 error number.

獲取線程的退出值

pthread_join - join with a terminated thread

#include <pthread.h>  

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval); //獲取線程退出值
thread —— 線程TID
retval —— 線程退出值

RETURN VALUE
    成功 pthread_join()  0; 失敗返回 error  number.

獲取自身TID:

pthread_self - obtain ID of the calling thread

#include <pthread.h>

pthread_t pthread_self(void);

RETURN VALUE
	成功返回線程TID，不存在失敗

創建標準線程:

/***************************************************************************************************
  * @file:     xxx.c
  * @author:   guangjieMVP
  * @github:  
  * @version:  v1.0.0
  * @date:     2020-xx-xx
  * @brief:               
*****************************************************************************************************/
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int retval = 0xff;
void *thread1_entry(void *arg)
{
    static int cnt = 0;
    
    while (1)
    {
        printf("Linux %d\r\n", cnt++);
        if(cnt >= 10)
        {
            cnt = 0;
            pthread_exit(&retval);
        }
        sleep(2);
    }
}

void *thread2_entry(void *arg)
{
    while (1)
    {
        printf("ubuntu\r\n");
        sleep(3);
    }
}

int main(int argc, char **argv)
{
    pthread_t thread1;
    pthread_t thread2;

    pthread_create(&thread1, NULL, thread1_entry, NULL);  //attr爲NULL——使用默認屬性創建thread
    pthread_create(&thread2, NULL, thread2_entry, NULL);
    
    static int maincnt = 0;
    unsigned char flag = 0;
    while(1)
    {
        printf("main thread %d\r\n", maincnt++);
        if(maincnt >= 10 && !flag)
        {
            maincnt = 0;
            flag = 1;
            pthread_cancel(thread2);
        }
        sleep(1);
    }
    
    return 0;
}

編譯執行：

gcc pthread_create.c -o pthread_create -lpthread  //編譯程序

//-lpthread —— 鏈接pthread線程庫
    
./pthread_create  //執行程序

線程分離與接合

默認情況下線程是可連接狀態——線程退出時不會釋放資源，其他線程可以通過pthread_join()獲取其退出值

不關心線程返回狀態可以把線程設置爲可分離的——線程結束系統自動釋放並清理資源，線程必定不會成爲殭屍線程s

pthread_detach - detach a thread  //設置線程屬性爲分離

#include <pthread.h>

int pthread_detach(pthread_t thread);
thread —— 線程ID

RETURN VALUE
    成功返回0; 失敗, 返回errno

線程屬性

線程屬性包含屬性：線程棧的大小和位置、調度策略、優先級等以及線程是分離還是可連接

pthread_attr_init, pthread_attr_destroy - initialize and destroy thread attributes object   //初始化或者銷燬銷燬線程屬性
頭文件
#include <pthread.h>

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr); //初始化線程屬性
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);//銷燬線程屬性
attr —— 線程屬性

pthread_attr_setdetachstate,  pthread_attr_getdetach‐state - 設置or獲取線程的分離狀態

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
attr —— 線程屬性
detachstate —— 分離狀態：
      PTHREAD_CREATE_DETACHED — 分離狀態
      PTHREAD_CREATE_JOINABLE — 可連接狀態

RETURN VALUE
   成功返回0; 失敗返回非0的errno

分離屬性創建線程：

    int ret;
    pthread_attr_t attr; //定義線程屬性變量
    
    ret = pthread_attr_init(&attr); //初始化線程屬性變量
    if(ret != 0)
    {
        printf("faild to init attr\r\n");
        exit(0);
    }
    
    ret = pthread_attr_setdetachstate(attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);//設置線程爲分離狀態
    if(ret != 0)
    {
        printf("faild to setdetach\r\n");
        exit(0);
    }
    pthread_create(&thread1, &attr, thread1_entry, NULL); //使用attr屬性創建線程
    pthread_create(&thread2, &attr, thread2_entry, NULL);

設置以及獲取線程調度策略

pthread_attr_setschedpolicy, pthread_attr_getschedpolicy - 獲取or設置線程調度策略

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t *attr, int policy); //設置線程調度策略
int pthread_attr_getschedpolicy(const pthread_attr_t *attr, int *policy);
attr —— 線程屬性

policy —— 調度策略
      SCHED_FIFO —— 以先進先出的派對方式調度，處於就緒就會被立即放入所在優先級隊列隊尾
                    被更高優先級搶佔後會被放入所在優先級隊列隊頭，高優先級運行結束其立即
                    恢復運行
                    可以調用sched_yield()主動讓出CPU
      SCHED_RR   —— 以輪轉的方式調度, 線程會被分配一定的時間片，
                    時間片耗盡會被放入所在優先級隊列的隊尾
      SCHED_OTHER —— 非實時調度的普通線程，靜態優先級必須設置爲0，使用Linux系統默認的調度策略——按照動態優先級調度

RETURN VALUE
       On success, these functions return 0; on error,  they  return  a  nonzero error number.

獲取、設置線程調度策略以及靜態優先級


 pthread_attr_setschedparam,  pthread_attr_getschedparam  - 設置、獲取靜態線程優先級

#include <pthread.h>
       
int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t *attr, const struct sched_param *param);
int pthread_attr_getschedparam(const pthread_attr_t *attr, struct sched_param *param);
//attr —— 線程屬性
//param —— 線程靜態優先級

RETURN VALUE
    On  success,  these  functions  return  0;  on error, they return a nonzero error number.

獲取、設置線程調度策略以及靜態優先級

pthread_setschedparam,  pthread_getschedparam - 設置or獲取線程調度策略以及靜態優先級

#include <pthread.h>

int pthread_setschedparam(pthread_t thread, int policy, const struct sched_param *param); //設置調度策略以及靜態優先級
int pthread_getschedparam(pthread_t thread, int *policy, struct sched_param *param);
//thread —— 線程TID
//policy —— 調度策略
//param —— 靜態優先級

 struct sched_param {
     int sched_priority;     /* Scheduling priority */
};

獲取、設置線程動態優先級

nice - change process priority

 #include <unistd.h>

int nice(int inc);

線程棧

線程創建後都有一個線程棧，缺省情況下大小固定。線程棧大小可以改變

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr, size_t stacksize);
int pthread_attr_getstack(const pthread_attr_t *attr, void **stackaddr, size_t *stacksize);
attr —— 線程屬性結構體
stackaddr —— 線程棧地址
stacksize —— 線程棧大小

RETURN VALUE
    成功返回0;失敗返回非零錯誤編碼

Linux系統編程——多線程

線程分類

線程相關API

線程的退出：

線程取消：

獲取線程的退出值

獲取自身TID:

線程分離與接合

線程屬性

分離屬性創建線程：

設置以及獲取線程調度策略

獲取、設置線程調度策略以及靜態優先級

獲取、設置線程調度策略以及靜態優先級

獲取、設置線程動態優先級

線程棧

Linux系統編程——多線程

Linux系統編程——POSIX IPC

Linux系統編程——內存映射

Linux進程優先級和調度

數據結構——鏈式棧(C語言)

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結