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Linux系統(tǒng)下的多線程編程入門

云知道

引言

線程（thread）技術(shù)早在60年代就被提出，但真正應(yīng)用多線程到操作系統(tǒng)中去，是在80年代中期，solaris是這方面的佼佼者 。傳統(tǒng)的Unix也支持線程的概念，但是在一個進(jìn)程（process）中只允許有一個線程，這樣多線程就意味著多進(jìn)程 ?，F(xiàn)在，多線程技術(shù)已經(jīng)被許多操作系統(tǒng)所支持，包括Windows/NT，當(dāng)然，也包括Linux 。

為什么有了進(jìn)程的概念后，還要再引入線程呢？使用多線程到底有哪些好處？什么的系統(tǒng)應(yīng)該選用多線程？我們首先必須回答這些問題 。

使用多線程的理由之一是和進(jìn)程相比，它是一種非常"節(jié)儉"的多任務(wù)操作方式 。我們知道，在Linux系統(tǒng)下，啟動一個新的進(jìn)程必須分配給它獨立的地址空間，建立眾多的數(shù)據(jù)表來維護它的代碼段、堆棧段和數(shù)據(jù)段，這是一種"昂貴"的多任務(wù)工作方式 。而運行于一個進(jìn)程中的多個線程，它們彼此之間使用相同的地址空間，共享大部分?jǐn)?shù)據(jù)，啟動一個線程所花費的空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于啟動一個進(jìn)程所花費的空間，而且，線程間彼此切換所需的時間也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于進(jìn)程間切換所需要的時間 。

使用多線程的理由之二是線程間方便的通信機制 。對不同進(jìn)程來說，它們具有獨立的數(shù)據(jù)空間，要進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞只能通過通信的方式進(jìn)行，這種方式不僅費時，而且很不方便 。線程則不然，由于同一進(jìn)程下的線程之間共享數(shù)據(jù)空間，所以一個線程的數(shù)據(jù)可以直接為其它線程所用，這不僅快捷，而且方便 。當(dāng)然，數(shù)據(jù)的共享也帶來其他一些問題，有的變量不能同時被兩個線程所修改，有的子程序中聲明為static的數(shù)據(jù)更有可能給多線程程序帶來災(zāi)難性的打擊，這些正是編寫多線程程序時最需要注意的地方 。

除了以上所說的優(yōu)點外，不和進(jìn)程比較，多線程程序作為一種多任務(wù)、并發(fā)的工作方式，當(dāng)然有以下的優(yōu)點：

1) 提高應(yīng)用程序響應(yīng) 。這對圖形界面的程序尤其有意義，當(dāng)一個操作耗時很長時，整個系統(tǒng)都會等待這個操作，此時程序不會響應(yīng)鍵盤、鼠標(biāo)、菜單的操作，而使用多線程技術(shù)，將耗時長的操作（time consuming）置于一個新的線程，可以避免這種尷尬的情況 。

2) 使多CPU系統(tǒng)更加有效 。操作系統(tǒng)會保證當(dāng)線程數(shù)不大于CPU數(shù)目時，不同的線程運行于不同的CPU上 。

3) 改善程序結(jié)構(gòu) 。一個既長又復(fù)雜的進(jìn)程可以考慮分為多個線程，成為幾個獨立或半獨立的運行部分，這樣的程序會利于理解和修改 。

下面我們先來嘗試編寫一個簡單的多線程程序 。

簡單的多線程編程

Linux系統(tǒng)下的多線程遵循POSIX線程接口，稱為pthread 。編寫Linux下的多線程程序，需要使用頭文件pthread.h，連接時需要使用庫libpthread.a 。順便說一下，Linux下pthread的實現(xiàn)是通過系統(tǒng)調(diào)用clone（）來實現(xiàn)的 。clone（）是Linux所特有的系統(tǒng)調(diào)用，它的使用方式類似fork，關(guān)于clone（）的詳細(xì)情況，有興趣的讀者可以去查看有關(guān)文檔說明 。下面我們展示一個最簡單的多線程程序example1.c 。

/* example.c*/
#include
#include
void thread(void)
{
　int i;
　for(i=0;i<3;i)
printf("This is a pthread.n");
}

int main(void)
{
　pthread_t id;
　int i,ret;
　ret=pthread_create(&id,NULL,(void *) thread,NULL);
　if(ret!=0){
printf ("Create pthread error!n");
exit (1);
　}
　for(i=0;i<3;i)
printf("This is the main process.n");
　pthread_join(id,NULL);
　return (0);
}
我們編譯此程序：

gcc example1.c -lpthread -o example1

運行example1，我們得到如下結(jié)果：

This is the main process.
This is a pthread.
This is the main process.
This is the main process.
This is a pthread.
This is a pthread.

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