Linux多线程编程：创建与同步详解

"这篇文档详细介绍了Linux环境下的多线程编程，涵盖了线程的基本概念、创建、终止、同步以及相关的属性和操作。" 在多线程编程中，线程是程序执行的基本单元，它允许一个进程中同时进行多个独立的执行流。在单处理器系统上，多线程可以提高资源利用率，通过切换线程上下文来实现并发执行，从而改善响应时间。而在多处理器系统中，多线程能进一步提升系统吞吐量，因为不同的线程可以在不同的处理器上并行运行。 线程包含必要的执行环境信息，如线程ID、一组寄存器、栈空间、调度优先级、策略、信号屏蔽字、errno变量以及线程私有数据。开发者可以通过编译测试宏 `_POSIX_THREADS` 或运行时调用 `sysconf(_SC_THREADS)` 来检查系统是否支持POSIX线程。 线程创建是通过 `pthread_create` 函数实现的，该函数接受线程ID（tidp）、线程属性（attr）、启动函数（start_rtn）和参数（arg）作为参数。新线程从指定的函数开始执行，并接收参数。线程创建成功后，tidp保存新线程ID，但无法保证新线程何时开始执行。线程创建失败时，函数返回错误码，而不是改变全局errno，因为每个线程都有自己的errno变量。 为了比较线程ID，可以使用 `pthread_equal` 函数，避免因平台差异导致的直接比较问题。而 `pthread_self()` 可以获取当前线程的ID。需要注意，在Linux中，线程是通过进程实现的，因此新创建的线程与源线程可能具有不同的进程ID。 线程的终止可以通过调用 `pthread_cancel` 来强制取消，或者通过发送信号（如 `pthread_kill`）实现。线程退出时的返回码可以通过 `pthread_join` 获取，但只有非分离状态的线程才能被join。如果线程处于分离状态，尝试join将失败并返回 `EINAVL`。 线程同步是多线程编程中的关键部分，包括互斥量（mutexes）、读写锁（read-write locks）、条件变量（condition variables）等机制，以防止数据竞争和确保正确性。互斥量用于保护临界区，读写锁允许多个读取者同时访问资源，而条件变量则允许线程等待特定条件满足后再继续执行。 此外，线程还有各种属性（如调度策略、优先级）和同步属性可以定制，以适应不同的应用场景。线程安全函数是在多线程环境中可以安全调用的函数，它们保证了在并发环境下的正确性。重入函数是指可以在同一线程内被递归调用而不会引发数据损坏的函数。线程私有数据允许每个线程拥有独立的数据存储，避免了共享数据带来的同步问题。最后，线程的取消选项（如可取消状态和类型）以及线程如何处理信号和与 `fork` 操作的交互也是多线程编程中需要考虑的重要方面。 Linux多线程编程涉及到多个层次的概念和技术，理解并熟练掌握这些知识对于开发高效、可靠的多线程应用至关重要。