Posix线程编程详解：从创建到同步

"Posix线程编程指南.pdf" 在计算机编程中，特别是在多任务环境的Linux系统中，了解和掌握Posix线程编程是至关重要的。Posix线程，也称为pthreads，是Posix标准的一部分，提供了一种在单个进程中创建多个执行线程的机制，以实现更高效的并发执行。 1．线程与进程 线程是操作系统调度的基本单位，它比进程更为轻量级。在同一个进程中，线程之间可以共享数据和资源，每个线程都有自己独立的栈空间，用于存储局部变量和函数调用的状态。引入线程的主要目的是提高程序的并发性，以提升执行效率和响应速度。相比进程，线程创建和切换的开销更小，但同时也意味着资源管理的复杂性和对数据安全的挑战。 1．2 创建线程 在Posix系统中，线程的创建是通过`pthread_create()`函数完成的。该函数接受四个参数：线程标识符的指针、线程属性的指针、线程入口函数和传递给新线程的参数。线程入口函数是指定新线程开始执行的函数，其原型类似于`void* function_name(void* arg)`，其中`arg`参数是传递给新线程的数据。 线程创建的属性可以通过`pthread_attr_t`结构体进行设置，包括栈大小、调度策略等。默认情况下，新线程会继承父线程的属性，但也可以通过设置属性来定制。 1．3 线程创建属性 线程属性允许程序员控制线程的行为，例如栈的大小、调度优先级、分离状态等。通过`pthread_attr_init()`初始化属性对象，然后使用`pthread_attr_setstacksize()`等函数调整属性，最后在`pthread_create()`中传递属性指针。 1．4 线程创建的Linux实现 在Linux环境下，`pthread_create()`最终会调用内核的系统调用来创建线程。线程创建后，它将从指定的线程函数开始执行，直到该函数返回或者被显式地终止。 2．线程取消 线程取消是线程编程中的一个重要概念，允许在特定条件下强制停止线程的执行。这涉及到取消点、取消状态和取消类型等概念。取消点是由特定的Posix线程函数（如`pthreadCancelablePoint()`）定义的，线程可以在这些点被安全地取消。 3．线程私有数据 线程私有数据（Thread Local Storage，TLS）是为每个线程分配的独立内存区域，确保每个线程都有自己的一份数据副本，避免了同步问题。使用`pthread_key_create()`和`pthread_key_delete()`创建和注销线程私有数据键，然后通过`pthread_getspecific()`和`pthread_setspecific()`访问和设置键对应的值。 4．线程同步 线程同步是保证多个线程正确协作的关键，避免数据竞争和死锁。常见的同步机制包括： - 互斥锁（Mutex）：通过加锁和解锁操作保证同一时刻只有一个线程访问共享资源。 - 条件变量：在线程等待特定条件满足时挂起，条件满足时唤醒等待线程。 - 信号灯（Semaphore）：用于控制多个线程对共享资源的访问数量。 - 异步信号：使用信号处理函数在特定信号发生时执行回调。 - 其他同步方式：包括读写锁、屏障等。 5．线程终止 线程可以由自身调用`pthread_exit()`或主函数返回来终止，也可以被其他线程请求终止。线程终止后，需要清理资源并通知其他线程。`pthread_join()`函数用于等待并回收线程资源。 6．杂项函数 这部分涵盖了获取线程ID、判断线程身份、只执行一次的代码（静态初始化）以及其他系统特定的线程管理功能。 总结来说，Posix线程编程指南深入介绍了线程创建、管理、同步和通信等方面的知识，是开发多线程Linux应用的重要参考资料。理解和掌握这些概念与函数使用，对于编写高效、安全的多线程程序至关重要。