POSIX线程Pthread详解及实验

"第二章实验四-Pthread线程介绍及创建函数和semaphore.h信号量机制" 在计算机科学中，线程是操作系统调度的基本单位，它们允许在一个进程中并发执行多个代码流。POSIX线程（Pthreads）是针对类Unix操作系统（如Unix、Linux和MacOS X）的一个线程接口标准，它也适用于Windows系统的pthreads-win32移植版。Pthreads提供了一套完整的API，包括C语言类型的定义、函数和变量，这些都包含在pthread.h头文件中，并需要一个线程库来实现。 **Pthread线程创建** 创建线程的核心函数是`pthread_create`，其函数原型如下： ```c int pthread_create(pthread_t *tidp, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_rtn)(void *), void *arg); ``` 1. `tidp`：指向新创建线程的标识符，函数执行后，这个指针将被赋值为新线程的ID。 2. `attr`：线程属性，可以指定线程的栈大小、调度策略等。如果不需要特殊设置，可以传递NULL，使用默认属性。 3. `start_rtn`：线程开始执行的函数指针，新线程从这个函数开始执行。 4. `arg`：传递给`start_rtn`函数的参数，通常是一个万能指针，可以根据需要传递数据。 **线程创建的返回值** `pthread_create`函数成功创建线程时返回0，否则返回错误编号，可以使用`pthread_errno`查询具体的错误信息。 **信号量（Semaphore）机制** 信号量是一种同步原语，用于控制对共享资源的访问。在Pthread中，`semaphore.h`头文件提供了对信号量的操作函数。 1. `sem_init`：初始化信号量，例如初始化为1。 ```c int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); ``` - `pshared`：决定信号量是否跨进程共享，0表示线程内共享，非0表示进程间共享。 - `value`：设置信号量的初始值，代表可用资源的数量。 2. `sem_wait`：尝试减少信号量的值。当信号量值为0时，函数会阻塞等待；当信号量大于0时，函数会立即返回并减少信号量值1。 ```c int sem_wait(sem_t *sem); ``` 3. `sem_post`：增加信号量的值，模拟释放一个资源。 ```c int sem_post(sem_t *sem); ``` 使用`sem_post`可以唤醒因`sem_wait`而阻塞的线程。 信号量机制在多线程编程中起到保护共享资源的作用，通过控制信号量的增减，可以确保对资源的互斥访问，防止数据竞争问题。在上述实验中，信号量可能被用来控制对打印机这类共享资源的访问，确保一次只有一个线程能够使用打印机。 Pthread线程和信号量是多线程编程中的关键工具，它们帮助开发者在并发环境中有效地管理资源和协调线程执行。正确理解和使用这些机制，对于编写高效、可靠的多线程程序至关重要。