c 全局变量多线程调用_linux环境下多线程编程

谁践踏了优雅 2023-01-01 09:51 163阅读 0赞

一、Linux环境下的线程

相对于其他操作系统，Linux系统内核只提供了轻量级进程的支持，并未实现线程模型。Linux是一种“多进程单线程”的操作系统，Linux本身只有进程的概念，而其所谓的“线程”本质上在内核里仍然是进程。

进程是资源分配的单位，同一进程中的多个线程共享该进程的资源(如作为共享内存的全局变量)。Linux中所谓的“线程”只是在被创建时clone了父进程的资源，因此clone出来的进程表现为“线程”，这一点一定要弄清楚。因此，Linux“线程”这个概念只有在打引号的情况下才是最准确的。

目前Linux中最流行的线程机制为LinuxThreads，所采用的就是线程-进程“一对一”模型，调度交给核心，而在用户级实现一个包括信号处理在内的线程管理机制。LinuxThreads由Xavier Leroy负责开发完成，并已绑定在GLIBC中发行，它实现了一种BiCapitalized面向Linux的Posix 1003.1c “pthread”标准接口。Linuxthread可以支持Intel、Alpha、MIPS等平台上的多处理器系统。

需要注意的是，Linuxthread线程模型存在一些缺陷，尤其是在信号处理、调度和进程间同步原语方面都存在问题。并且，这个线程模型也不符合POSIX标准的要求。为了解决LinuxThread的缺陷，RedHat开发了一套符合POSIX标准的新型线程模型：NPTL(Native POSIX Thread Library)。关于Linuxthread与NPTL的比较，请参考文章：Linux 线程模型的比较：LinuxThreads 和 NPTL。

二、Linux环境下的多线程编译支持

按照POSIX 1003.1c 标准编写的程序与Linuxthread 库相链接即可支持Linux平台上的多线程，在程序中需包含头文件pthread. h，在编译链接时使用命令：

gcc -D -REENTRANT -lpthread xxx. c

其中-REENTRANT宏使得相关库函数(如stdio.h、errno.h中函数) 是可重入的、线程安全的(thread-safe)，-lpthread则意味着链接库目录下的libpthread.a或libpthread.so文件。

在一个多线程程序里，默认情况下，只有一个errno变量供所有的线程共享。在一个线程准备获取刚才的错误代码时，该变量很容易被另一个线程中的函数调用所改变。类似的问题还存在于fputs之类的函数中，这些函数通常用一个单独的全局性区域来缓存输出数据。

为解决这个问题，需要使用可重入的例程。可重入代码可以被多次调用而仍然工作正常。编写的多线程程序，通过定义宏\_REENTRANT来告诉编译器我们需要可重入功能，这个宏的定义必须出现于程序中的任何\#include语句之前。

\_REENTRANT为我们做三件事情，并且做的非常优雅：

(1)它会对部分函数重新定义它们的可安全重入的版本，这些函数名字一般不会发生改变，只是会在函数名后面添加\_r字符串，如函数名gethostbyname变成gethostbyname\_r。

(2)stdio.h中原来以宏的形式实现的一些函数将变成可安全重入函数。

(3)在error.h中定义的变量error现在将成为一个函数调用，它能够以一种安全的多线程方式来获取真正的errno的值。

三、Linux环境下的多线程函数

3.1 线程创建

在进程被创建时，系统会为其创建一个主线程，而要在进程中创建新的线程，则可以调用pthread\_create函数：

\#include

int pthread\_create(pthread\_t \*thread, pthread\_attr\_t \*attr, void \*(\*start\_routine)(void \*), void \*arg);

参数说明：

thread：指向pthread\_create类型的指针，用于引用新创建的线程。

attr：用于设置线程的属性，一般不需要特殊的属性，所以可以简单地设置为NULL。

start\_routine：传递新线程所要执行的函数地址。

arg：新线程所要执行的函数的参数。

返回值：

调用如果成功，则返回值是0;如果失败则返回错误代码。

每个线程都有自己的线程ID，以便在进程内区分。线程ID在pthread\_create调用时回返给创建线程的调用者;一个线程也可以在创建后使用pthread\_self()调用获取自己的线程ID：

pthread\_self (void);

3.2 线程退出

线程的退出方式有三种：

(1)执行完成后隐式退出;

(2)由线程本身显示调用pthread\_exit 函数退出;

pthread\_exit (void \* retval);

(3)被其他线程用pthread\_cance函数终止：

pthread\_cancel (pthread\_t thread);

如果一个线程要等待另一个线程的终止，可以使用pthread\_join函数，该函数的作用是调用pthread\_join的线程将被挂起直到线程ID为参数thread的线程终止：

pthread\_join (pthread\_t thread, void\*\* threadreturn);

3.3 简单的多线程示例

一个简单的Linux多线程示例如下：

#include 
    　　#include 
    　　#include 
    　　#include 
    　　void *thread_function(void *arg);
    　　char message[] = "Hello World";
    　　int main()
    　　{
    　　int res;
    　　pthread_t a_thread;
    　　void *thread_result;
    　　res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, (void  *)message);
    　　if (res != 0)
    　　{
    　　perror("Thread creation failed!");
    　　exit(EXIT_FAILURE);
    　　}
    　　printf("Waiting for thread to finish.../n");
    　　res = pthread_join(a_thread, &thread_result);
    　　if (res != 0)
    　　{
    　　perror("Thread join failed!/n");
    　　exit(EXIT_FAILURE);
    　　}
    　　printf("Thread joined, it returned %s/n", (char *)thread_result);
    　　printf("Message is now %s/n", message);
    　　exit(EXIT_FAILURE);
    　　}
    　　void *thread_function(void *arg)
    　　{
    　　printf("thread_function is running. Argument was %s/n", (char *)arg);
    　　sleep(3);
    　　strcpy(message, "Bye!");
    　　pthread_exit("Thank you for your CPU time!");
    　　}

编译语句如下：

gcc -D_REENTRANT thread1.c -o thread1 –lpthread

输出结果是：

$./thread1[输出]：
    　　thread_function is running. Argument was Hello World
    　　Waiting for thread to finish...
    　　Thread joined, it returned Thank you for your CPU time!
    　　Message is now Bye!

在这个例子中，pthread\_exit(void \*retval)本身返回的就是指向某个对象的指针，因此，pthread\_join(pthread\_t th, void \*\*thread\_return);中的thread\_return是二级指针，指向线程返回值的指针。可以看到，我们创建的新线程修改的数组message的值，而原先的线程也可以访问该数组。如果我们调用的是fork而不是pthread\_create，就不会有这样的效果了。因为fork创建子进程之后，子进程会拷贝父进程，两者分离，相互不干扰，而线程之间则是共享进程的相关资源。

小结：

本文主要讲了Linux环境下的多线程基本概念，包括多线程的实现方式、函数接口、功能特性等。

文章结尾都会提供一些资料这次也不例外，给大家提供一些关于linux线程的资料

Linux多线程编程 \_

\- linux下进程线程间通信原理-

\- Linux线程互斥 -