Linux多线程编程关键概念与实现

"Linux多线程编程小结" 在Linux系统中，多线程编程是一种有效利用处理器资源并提高程序执行效率的技术。这篇文章基于《Linux程序设计第3版》对Linux多线程编程进行了总结。 首先，Linux进程与线程之间存在显著区别。当一个进程创建新线程时，新线程会拥有自己的栈，用于存储局部变量，但与其他线程共享全局变量、文件描述符、信号处理程序以及当前工作目录状态。这意味着多个线程可以在同一进程中并发执行，共同访问相同的资源，从而提高了程序的并行性。 相比之下，`fork()`系统调用创建的是一个全新的子进程，它拥有与父进程不同的内存空间、进程ID（PID）和独立的时间调度。子进程的运行几乎独立于父进程，两者之间的资源是完全复制的，而不是共享的。 在多线程编程中，`_REENTRANT`宏是一个关键概念。在默认情况下，多线程程序中的全局变量，如`errno`，可能会引发竞态条件，导致数据不一致。通过定义`_REENTRANT`，编译器会提供可重入函数的版本，这些函数在多线程环境中可以安全地被调用。这通常涉及到函数名后添加 `_r` 字符，例如`gethostbyname`变为`gethostbyname_r`，以及stdio.h中的某些宏函数转换为可安全重入的函数，同时`errno`变量变为一个线程安全的函数调用。 线程创建是多线程编程的基础。在Linux中，这通常通过`pthread_create`函数完成，它接受一个指向`pthread_t`类型的指针，用于存放新线程的标识符，以及一个线程属性结构体`pthread_attr_t`。线程创建成功时，函数返回0，失败则返回错误代码。需要注意的是，pthread库的函数返回值与标准UNIX函数有所不同，不是所有失败都返回-1。 除了线程创建，还有其他重要的线程管理函数，如`pthread_join`用于等待线程结束，`pthread_exit`用于终止当前线程并返回退出状态，`pthread_cancel`可以取消一个正在执行的线程，以及`pthread_mutex`系列函数用于同步和保护共享资源，防止竞态条件。 线程间的通信可以通过信号量、条件变量、读写锁等机制实现。例如，`pthread_cond`系列函数提供了一种同步机制，允许线程在满足特定条件时继续执行，而`pthread_rwlock`函数则提供了读写锁，允许多个读取线程同时访问资源，但只允许一个写入线程。 最后，考虑到线程安全，程序员还需要关注数据竞争、死锁和资源泄露等问题。良好的多线程编程实践包括限制共享数据、正确使用同步原语，以及确保资源的有序释放。 总结来说，Linux多线程编程涉及进程与线程的区别、线程安全、线程创建与管理，以及同步与通信机制。理解和熟练运用这些概念是开发高效、可靠的多线程应用的关键。