淺談linux多線程協作

史歡歡 周光森 姚永哲

沈陽中鈔信達金融設備有限公司

1、線程的創建和終止

1)在線程創建之前，需要初始化線程，設置線程的優先級、是否繼承父進程優先級、調度策略，并分配各個線程的優先級。創建線程的函數是pthread_create()。

2)線程的終止的兩種方式：第一通過return從線程函數返回，第二種通過調用pthread_exit()函數使線程退出。此外，主線程中如果從main函數返回或是調用了exit函數退出主線程，則整個進程終止，此時所有的其他線程也將終止。另一種是，如果主線程調用pthread_exit函數，則僅僅是主線程消亡，進程不會結束，其他線程也不會結束，直到所有的線程都結束時，進程才結束。

2、多線程協作

線程與線程之間通訊，互相交互變量，不能總用全局變量，這樣會出現A線程正在改全局變量的值，B線程卻在讀全局變量的值，因為各線程是并行工作，所以需要加互斥鎖、條件變量或消息隊列來同步。

1)互斥鎖pthread_mutex_lock(unlock或trylock)：用來防止兩個進程或線程在同一時刻訪問相同的共享資源。如果互斥量已經上鎖，調用線程會阻塞，直到互斥量被解鎖。比如A和B兩個線程都要用a變量，在A線程中，加鎖之后改變a變量的值，然后解鎖，而在B線程中，加鎖之后讀a變量的值，然后解鎖，加鎖和解鎖必須判斷是否成功，否則對a變量的讀寫會出錯，最好用pthread_mutex_trylock加鎖，如果加鎖失敗，會返回EBUSY，成功則返回0，返回EBUSY說明另一線程對這個變量加鎖后還未解鎖。此外，阻塞和非阻塞的意思是，阻塞是一直加鎖直到成功，非阻塞是加鎖完畢后不管成功與否都返回。

2)條件變量cond

條件變量的基本操作是當觸發條件(當條件變為真時)，等待條件，掛起線程直到其他線程觸發條件。即A線程先進入wait等待，讓其掛起，等待B線程執行激活后，A線程繼續執行。為了防止競爭，條件變量總是和一個互斥鎖結合在一起。pthread_cond_wait一般嵌套在while(條件)中，條件第一次滿足就可以。激活等待線程是激發條件有兩種形式，pthread_cond_signal( )激活一個等待該條件的線程，存在多個等待線程時按入隊順序激活其中一個；而pthread_cond_broadcast()則激活所有等待線程。

3)消息隊列：在A線程中改變某個變量后，發消息給B線程，B線程在沒有得到消息時處于掛起狀態，除非A線程給B線程發消息，B線程接收到消息才開始執行msgrcv的下一行代碼。msgsnd向隊列末端添加一條新消息；msgrcv從隊列中取消息，取消息是不一定遵循先進先出的，也可以按消息的類型字段取消息；

4)線程之間是異步的，無法確定哪個線程先執行。如果在同一優先級中有N個線程，需要使用sleep來調整各個線程執行的順序。

5)Linux下多個線程同時對一個文件進行寫操作，需要使用文件鎖解決沖突，使用int flock(int fd，int operation)(鎖定文件或解除鎖定)函數。flock()會依參數operation所指定的方式對參數fd所指的文件做各種鎖定或解除鎖定的動作。此函數只能鎖定整個文件，無法鎖定文件的某一區域。LOCK_EX 建立互斥鎖定，一個文件同時只有一個互斥鎖定。LOCK_NB 無法建立鎖定時，此操作可不被阻斷，馬上返回進程。通常與LOCK_EX 做OR(|)組合。

if(flock(fileno(文件指針)，LOCK_EX | LOCK_NB)== FAILURE)//文件加鎖

if(flock(fileno(文件指針)，LOCK_UN)== FAILURE)//釋放文件鎖

3、線程內部處理

1)線程中程序不運行的三種狀態睡眠sleep()、阻塞、掛起，他們的區別是：

①掛起：沒有滿足的運行條件，正在待命，比如msgrcv，沒有接收到消息時就掛起，讓別的線程執行，自己等待msgsnd，一旦接收到消息，繼續執行；

②sleep( )：歇一會，讓別的線程先運行；

③阻塞：線程由于等待處理器外的其他條件無法運行，如條件變量的改變、加鎖互斥量或I/O操作結束。

2)單線程進入死循環

如果線程中所有程序的執行需要滿足if條件，但if條件一直不滿足，這個線程將處于死循環，使別的線程也無法執行?？梢栽趇f之后加入else，里面是sleep()，在執行sleep()期間，別的線程就可以運行。

3)線程定時執行

如果想讓在線程定時執行某個函數，需要用到setitimer()有兩個功能，一是指定一段時間后，才執行某個function，二是每間隔一段時間就執行某個function。如果要實現間隔執行，程序中一定要加pause( )函數，并且嵌套在while(1)中。

結束語：

在應用軟件中編寫各個線程的程序。調用linux中的系統函數一定要接收返回值來判斷是否執行成功。linux程序不能實時仿真，調試程序只能通過printf打印變量值到串口。所以在寫linux程序，一定要防止內存泄漏，比如數組、變量類型、指針一定要推敲使用。遇到內存泄漏，用printf來打印定位。