Ⅰ 有人能教下我有关linux里面线程的知识吗
.线程的基本介绍
(1)线程的概述
线程与进程类似,也允许应用程序并发执行多个任务的一种机制。一个进程可以包含多个线程,同一程序中的所有线程共享同一份全局内存区域,线程之间没有真正意义的等级之分。同一个进程中的线程可以并发执行,如果处理器是多核的话线程也可以并行执行,如果一个线程因为等待I/O操作而阻塞,那么其他线程依然可以继续运行
(2)线程优于进程的方面
argv,environ
主线程栈
线程3的栈
线程2的栈
线程1的栈
共享函数库共享的内存
堆
未初始化的数据段
初始化数据段
文本
.进程间的信息难以共享。由于除去只读代码段外,父子进程并未共享内存,因此必须采用一些进程间通讯,在进程之间交换信息
.调用fork()来创建进程代价相对较高
线程很好的解决了上述俩个问题
.线程之间能够方便,快速的共享信息,只需将数据复制到共享(全局或堆)变量中即可
.创建线程比创建线程通常要快10甚至更多,线程创建之所以快,是因为fork创建进程时所需复制多个属性,而在线程中,这些属性是共享的。
(3)创建线程
启动程序时,产生的进程只有单条线程,我们称之为主线程
#include<pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread,const pthread_attr_t *attr,void*(*start)(void *),void *arg);12
新线程通过调用带有arg的函数开始执行,调用pthread_create()的线程会继续执行该调用之后的语句。
(4)终止线程
可以以如下方式终止线程的运行
.线程调用pthread_exit()
.线程start函数执行return语句并返回指定值
.调用pthread_cancel()取消线程
.任意线程调用了exit(),或者主线程执行了return语句,都会导致进程中的所有线程立即终止
pthread_exit()函数可以终止线程,且其返回值可由另一线程通过调用pthread_join()获得
#include<pthread.h>void pthread_exit(void *retval);12
调用pthread_exit()相当于在线程的start函数中执行return,不同之处在于,pthread_exit()可以在任何地方调用,参数retval指定了线程的返回值
(5)获取线程ID
#include<pthread.h>pthread_t pthread_self(void);12
线程ID在应用程序中主要有如下用途
.不同的pthreads函数利用线程ID来标识要操作目标线程。
.在具体的应用程序中,以特定线程的线程ID作为动态数据结构的标签,这颇有用处,既可用来识别某个数据结构的创建者或属主线程,又可确定随后对该数据结构执行操作的具体线程
函数pthread_equal()可检查俩个线程的ID是否相同
#include<pthread.h>int pthread_equal(pthread_t t1,pthread_t t2);//如果相同返回非0值,否则返回0123
(6)连接已终止的线程
函数pthread_join()等待由thread表识的线程终止
#include<pthread.h>int pthread_join(pthread_t thread,void **retval);//返回0调用成功,否则失败123
如果pthread_join()传入一个之前已然连接过的线程ID,将会导致无法预知的行为,当相同线程ID在参与一次连接后恰好为另一新建线程所重用,再度连接的可能就是这个新线程
若线程未分离,则就应该使用pthread_join()来连接线程,否则会产生僵尸线程
pthrea_join()函数的要点
.线程之间的关系是对等的,所以任意线程都可以调用pthread_join()来连接其他线程
.pthread_join()无法针对任意线程,只能连接单个线程
(6)线程的分离
默认情况下线程都是可连接的,但有时候,我们并不关心线程退出的状态,我们可以调用pthread_detach()并向thread参数传入指定线程的的标识符,将该线程标记为处于分离状态
#include<pthread.h>int pthread_detach(pthread_t thread);//返回0成功,否则失败123
一旦线程处于分离状态,就不能在使用pthread_join()来获取其状态,也无法使其重返可连接状态
(7)在应用程序中如何来选择进程还是线程
.线程之间共享数据很简单,进程间的数据共享需要更多的投入
.创建线程要比创建进程块很多
.多线程编程时,需要确保调用线程安全的函数
.某个线程中的bug可能会危害进程中所有线程
.每个线程都在征用宿主进程中有限的虚拟地址空间
.在多线程应用中,需要小心使用信号
.除了数据,线程还可以共享文件描述符,信号处置,当前工作目录,以及用户ID和组ID
线程的同步
(1)保护共享变量访问:互斥量
线程的主要优势在于能够通过全局变量来共享信息,不过这种共享是有代价的。必须确保多个线程修改同一变量时,不会有其他线程也正在修改此变量,为避免线程更新时共享变量时所出现的问题,必须使用互斥量来确保同时仅有一个线程可以访问某项共享资源
(2)静态分配的互斥锁
互斥锁既可以像静态变量那样分配,也可以在运行时动态分配,互斥量属于pthread_mutex_t类型的变量,在使用之前必须对其初始化。对于静态分配的互斥量而言,可如下例所示,将PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER赋给互斥量
pthread_mutex_t = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;1
1.加锁和解锁互斥量
初始化之后,互斥量处于未锁定状态。函数pthread_mutex_lock()可以锁定某一互斥量
而函数pthread_mutex_unlock()则可以将一个互斥量解锁
#include<pthread.h>int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);//返回0成功,其他失败1234
要锁定互斥量,在调用pthread_mutex_lock()时需要指定互斥量,如果互斥量当前处于未锁定状态,则该调用将会立即返回,如果该互斥量已被其他线程锁定,那么该调用将会阻塞,直至互斥量被解锁
函数pthread_mutex_unlock()将解锁之前已遭调用线程锁定的互斥量
2.互斥量的性能
通常情况下,线程会花费更多的时间去做其他工作,对互斥量的加锁解锁相对要少的多,因此使用互斥量对大部分程序来说性能并无显著的影响
3.互斥量的死锁
当一个线程需要同时访问多个共享资源时,没个资源由不同的互斥索管理。当超过一个线程加锁同一组互斥量时,就有可能发生死锁。如下图所示
线程A
1.pthread_mutex_lock(mutex1);
2.pthread_mutex_lock(mutex2);
线程2
1.pthread_mutex_lock(mutex2);
2.pthread_mutex_lock(mutex1);
每个线程都成功的锁住一个互斥量,接着试图对以为另一线程锁定的互斥量加锁,就会一直等下去
要避免此类死锁问题,最简单的就是定义互斥量的层级关系
Ⅱ linux进程与线程的区别
很多朋友都想知道linux进程与线程的区别?下面就一起来了解一下吧!
linux进程与线程的区别
进程是在某个数据集合上具有独立功能的一次运行活动,也是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。线程在进程方面属于进程的实体,是CPU调度和分配的基本单位,基本上线程自己没有拥有任何的系统资源,只拥有一点在运行中必备的资源(如程序计数器、一组寄存器和栈),但是它可以与同属一个进程的线程共享资源。
Linux的用处
linux是一套免费开放源代码的操作系统,用户可以按照自己的想法来修改源代码,它的每一个操作,你都能够充分了解,这对计算机方面的爱好者是有很大帮助的,它可以让用户知道系统是怎样工作的。
Linux的语言
linux开发用的是C语言和汇编语言。C语言是Linux的“母语”,这也是linux这个开源环境和本身机制所导致的。Linux的内核部分基本都是用C语言来编写的,还有部分是用汇编语言写的。
Ⅲ Linux 线程同步有哪些方法
一、互斥锁(mutex)
1.
初始化锁。在Linux下,线程的互斥量数据类型是pthread_mutex_t。在使用前,要对它进行初始化。
静态分配:pthread_mutex_t
mutex
=
PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
动态分配:int
pthread_mutex_init(pthread_mutex_t
*mutex,
const
pthread_mutex_attr_t
*mutexattr);
2.
加锁。对共享资源的访问,要对互斥量进行加锁,如果互斥量已经上了锁,调用线程会阻塞,直到互斥量被解锁。
int
pthread_mutex_lock(pthread_mutex
*mutex);
int
pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t
*mutex);
3.
解锁。在完成了对共享资源的访问后,要对互斥量进行解锁。
int
pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t
*mutex);
4.
销毁锁。锁在是使用完成后,需要进行销毁以释放资源。
int
pthread_mutex_destroy(pthread_mutex
*mutex);
二、条件变量(cond)
1.
初始化条件变量。
静态态初始化,pthread_cond_t
cond
=
PTHREAD_COND_INITIALIER;
动态初始化,int
pthread_cond_init(pthread_cond_t
*cond,
pthread_condattr_t
*cond_attr);
2.
等待条件成立。释放锁,同时阻塞等待条件变量为真才行。timewait()设置等待时间,仍未signal,返回ETIMEOUT(加锁保证只有一个线程wait)
int
pthread_cond_wait(pthread_cond_t
*cond,
pthread_mutex_t
*mutex);
int
pthread_cond_timewait(pthread_cond_t
*cond,pthread_mutex
*mutex,const
timespec
*abstime);
3.
激活条件变量。pthread_cond_signal,pthread_cond_broadcast(激活所有等待线程)
int
pthread_cond_signal(pthread_cond_t
*cond);
int
pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t
*cond);
//解除所有线程的阻塞
4.
清除条件变量。无线程等待,否则返回EBUSY
int
pthread_cond_destroy(pthread_cond_t
*cond);
三、信号量(sem)
1.
信号量初始化。
int
sem_init
(sem_t
*sem
,
int
pshared,
unsigned
int
value);
这是对由sem指定的信号量进行初始化,设置好它的共享选项(linux
只支持为0,即表示它是当前进程的局部信号量),然后给它一个初始值VALUE。
2.
等待信号量。给信号量减1,然后等待直到信号量的值大于0。
int
sem_wait(sem_t
*sem);
3.
释放信号量。信号量值加1。并通知其他等待线程。
int
sem_post(sem_t
*sem);
4.
销毁信号量。我们用完信号量后都它进行清理。归还占有的一切资源。
int
sem_destroy(sem_t
*sem);
Ⅳ linux 下 进程和线程的区别
线程和进程是另一对有意义的概念,主要区别和联系如下:
进程是操作系统进行资源分配的基本单位,拥有完整的进程空间。进行系统资源分配的时候,除了CPU资源之外,不会给线程分配独立的资源,线程所需要的资源需要共享。
线程是进程的一部分,如果没有进行显示的线程分配,可以认为进程是单线程的;如果进程中建立了线程,则可认为系统是多线程的。
多线程和多进程是两种不同的概念。多线程与多进程有不同的资源共享方式。
进程有进程控制块PCB,系统通过PCB对进程进行调度。进程有线程控制块TCP,但TCB所表示的状态比PCB要少的多。
Ⅳ 「图文结合」Linux 进程、线程、文件描述符的底层原理
开发十年经验总结,阿里架构师的手写Spring boot原理实践文档
阿里架构师的这份:Redis核心原理与应用实践,带你手撕Redis
Tomcat结构原理详解
说到进程,恐怕面试中最常见的问题就是线程和进程的关系了,那么先说一下答案: 在 Linux 系统中,进程和线程几乎没有区别 。
Linux 中的进程其实就是一个数据结构,顺带可以理解文件描述符、重定向、管道命令的底层工作原理,最后我们从操作系统的角度看看为什么说线程和进程基本没有区别。
首先,抽象地来说,我们的计算机就是这个东西:
这个大的矩形表示计算机的 内存空间 ,其中的小矩形代表 进程 ,左下角的圆形表示 磁盘 ,右下角的图形表示一些 输入输出设备 ,比如鼠标键盘显示器等等。另外,注意到内存空间被划分为了两块,上半部分表示 用户空间 ,下半部分表示 内核空间 。
用户空间装着用户进程需要使用的资源,比如你在程序代码里开一个数组,这个数组肯定存在用户空间;内核空间存放内核进程需要加载的系统资源,这一些资源一般是不允许用户访问的。但是注意有的用户进程会共享一些内核空间的资源,比如一些动态链接库等等。
我们用 C 语言写一个 hello 程序,编译后得到一个可执行文件,在命令行运行就可以打印出一句 hello world,然后程序退出。在操作系统层面,就是新建了一个进程,这个进程将我们编译出来的可执行文件读入内存空间,然后执行,最后退出。
你编译好的那个可执行程序只是一个文件,不是进程,可执行文件必须要载入内存,包装成一个进程才能真正跑起来。进程是要依靠操作系统创建的,每个进程都有它的固有属性,比如进程号(PID)、进程状态、打开的文件等等,进程创建好之后,读入你的程序,你的程序才被系统执行。
那么,操作系统是如何创建进程的呢? 对于操作系统,进程就是一个数据结构 ,我们直接来看 Linux 的源码:
task_struct 就是 Linux 内核对于一个进程的描述,也可以称为「进程描述符」。源码比较复杂,我这里就截取了一小部分比较常见的。
我们主要聊聊 mm 指针和 files 指针。 mm 指向的是进程的虚拟内存,也就是载入资源和可执行文件的地方; files 指针指向一个数组,这个数组里装着所有该进程打开的文件的指针。
先说 files ,它是一个文件指针数组。一般来说,一个进程会从 files[0] 读取输入,将输出写入 files[1] ,将错误信息写入 files[2] 。
举个例子,以我们的角度 C 语言的 printf 函数是向命令行打印字符,但是从进程的角度来看,就是向 files[1] 写入数据;同理, scanf 函数就是进程试图从 files[0] 这个文件中读取数据。
每个进程被创建时, files 的前三位被填入默认值,分别指向标准输入流、标准输出流、标准错误流。我们常说的「文件描述符」就是指这个文件指针数组的索引 ,所以程序的文件描述符默认情况下 0 是输入,1 是输出,2 是错误。
我们可以重新画一幅图:
对于一般的计算机,输入流是键盘,输出流是显示器,错误流也是显示器,所以现在这个进程和内核连了三根线。因为硬件都是由内核管理的,我们的进程需要通过「系统调用」让内核进程访问硬件资源。
PS:不要忘了,Linux 中一切都被抽象成文件,设备也是文件,可以进行读和写。
如果我们写的程序需要其他资源,比如打开一个文件进行读写,这也很简单,进行系统调用,让内核把文件打开,这个文件就会被放到 files 的第 4 个位置,对应文件描述符 3:
明白了这个原理, 输入重定向 就很好理解了,程序想读取数据的时候就会去 files[0] 读取,所以我们只要把 files[0] 指向一个文件,那么程序就会从这个文件中读取数据,而不是从键盘:
同理, 输出重定向 就是把 files[1] 指向一个文件,那么程序的输出就不会写入到显示器,而是写入到这个文件中:
错误重定向也是一样的,就不再赘述。
管道符其实也是异曲同工,把一个进程的输出流和另一个进程的输入流接起一条「管道」,数据就在其中传递,不得不说这种设计思想真的很巧妙:
到这里,你可能也看出「Linux 中一切皆文件」设计思路的高明了,不管是设备、另一个进程、socket 套接字还是真正的文件,全部都可以读写,统一装进一个简单的 files 数组,进程通过简单的文件描述符访问相应资源,具体细节交于操作系统,有效解耦,优美高效。
首先要明确的是,多进程和多线程都是并发,都可以提高处理器的利用效率,所以现在的关键是,多线程和多进程有啥区别。
为什么说 Linux 中线程和进程基本没有区别呢,因为从 Linux 内核的角度来看,并没有把线程和进程区别对待。
我们知道系统调用 fork() 可以新建一个子进程,函数 pthread() 可以新建一个线程。 但无论线程还是进程,都是用 task_struct 结构表示的,唯一的区别就是共享的数据区域不同 。
换句话说,线程看起来跟进程没有区别,只是线程的某些数据区域和其父进程是共享的,而子进程是拷贝副本,而不是共享。就比如说, mm 结构和 files 结构在线程中都是共享的,我画两张图你就明白了:
所以说,我们的多线程程序要利用锁机制,避免多个线程同时往同一区域写入数据,否则可能造成数据错乱。
那么你可能问, 既然进程和线程差不多,而且多进程数据不共享,即不存在数据错乱的问题,为什么多线程的使用比多进程普遍得多呢 ?
因为现实中数据共享的并发更普遍呀,比如十个人同时从一个账户取十元,我们希望的是这个共享账户的余额正确减少一百元,而不是希望每人获得一个账户的拷贝,每个拷贝账户减少十元。
当然,必须要说明的是, 只有 Linux 系统将线程看做共享数据的进程 ,不对其做特殊看待 ,其他的很多操作系统是对线程和进程区别对待的,线程有其特有的数据结构,我个人认为不如 Linux 的这种设计简洁,增加了系统的复杂度。
在 Linux 中新建线程和进程的效率都是很高的,对于新建进程时内存区域拷贝的问题,Linux 采用了 -on-write 的策略优化,也就是并不真正复制父进程的内存空间,而是等到需要写操作时才去复制。 所以 Linux 中新建进程和新建线程都是很迅速的 。