介紹

在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，每個(gè)進(jìn)程都有自己的地址空間和一個(gè)控制線程。然而，在實(shí)踐中，我們經(jīng)常面臨需要在單個(gè)進(jìn)程中執(zhí)行多個(gè)并發(fā)任務(wù)并訪問相同流程組件的情況：結(jié)構(gòu)、打開文件描述符等。

在任何情況下組織多線程模型都需要同時(shí)訪問相同的資源。本文提供有關(guān) Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)中線程的一般信息，然后介紹同步機(jī)制［1］阻止訪問共享資源。

對(duì)于那些處理從一個(gè)系統(tǒng)移植到另一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用程序，或者在一個(gè)系統(tǒng)中創(chuàng)建多線程應(yīng)用程序并想知道它在另一個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式的人來說，本文將很有趣。對(duì)于那些從未使用多個(gè)線程編寫應(yīng)用程序但計(jì)劃在未來這樣做的人，本文也將很有用。

螺紋概念

這些線程需要做什么？為什么我們不能只創(chuàng)建流程？后一種范式已經(jīng)工作了很多年，但流程創(chuàng)建有一些缺點(diǎn)，只有以下幾個(gè)例子：

流程創(chuàng)建操作是資源密集型操作。

進(jìn)程需要復(fù)雜的機(jī)制來訪問相同的資源（命名或未命名管道、消息隊(duì)列、套接字等），而線程會(huì)自動(dòng)訪問相同的地址空間。

多線程進(jìn)程的性能高于單線程進(jìn)程。

多線程允許多個(gè)線程作為一個(gè)進(jìn)程的一部分執(zhí)行。帶有線程的編程模型為開發(fā)人員提供了同時(shí)執(zhí)行的舒適抽象。帶線程的程序的優(yōu)點(diǎn)之一是它在具有多核處理器的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行得更快。線程在創(chuàng)建時(shí)幾乎不使用資源，也不使用資源訪問機(jī)制等其他插件;此外，線程的性能和應(yīng)用程序交互性更高。除了地址空間，所有線程都使用：

工藝規(guī)定

信號(hào)處理程序（用于處理信號(hào)的設(shè)置）

當(dāng)前目錄

用戶和組標(biāo)識(shí)符

同時(shí)，每個(gè)線程都有自己的：

線程標(biāo)識(shí)符

疊

寄存器集

信號(hào)掩模

優(yōu)先權(quán)

使用線程的主要函數(shù)

在通過 exec 調(diào)用啟動(dòng)程序時(shí)，將創(chuàng)建一個(gè)主線程（初始線程）。輔助線程是通過調(diào)用 Linux 的 pthread_create 或 Windows 的 _beginthread（ex） 來創(chuàng)建的。

讓我們更仔細(xì)地看一下 Linux 的線程創(chuàng)建：

#include

int pthread_create（

pthread_t *tid，

const pthread_attr_t *attr，

void *（*func）（void *），

void *arg

）;

/* 成功完成時(shí)返回 0，出錯(cuò)時(shí)返回正值*/

每個(gè)線程都有其標(biāo)識(shí)符 –pthread_t– 和屬性：優(yōu)先級(jí)、初始堆棧大小、守護(hù)程序功能。創(chuàng)建線程時(shí)，必須指示將執(zhí)行的函數(shù)地址 （func） 以及單指針參數(shù) （arg）。Linux 中的線程應(yīng)顯式退出 –pthread_exit通過調(diào)用函數(shù) – 或間接退出 – 通過從該函數(shù)返回［2］。如果在問題條件下需要將多個(gè)參數(shù)傳遞給線程，則必須將結(jié)構(gòu)的地址與參數(shù)一起使用。

在Windows中，線程是在_beginthread（ex）或CreateThread函數(shù)的幫助下創(chuàng)建的。兩者都是運(yùn)行時(shí)調(diào)用，它們之間的主要區(qū)別在于 CreateThread 是一個(gè)“原始”Win32 API，并且_beginthread（ex）反過來調(diào)用自身內(nèi)部的CreateThread。在本文中，我們將討論_beginthread（ex）函數(shù)。_beginthreadex的語法如下：

uintptr_t _beginthreadex（

void *security，

unsigned stack_size，

unsigned（__stdcall *start_address）（void *），

void *arglist，

unsigned initflag，

unsigned *thrdaddr

）;

可以觀察到，在pthread_create和_beginthreadex調(diào)用之間有一些模糊的相似之處;但是，也存在差異。？hus， in Windows：security– 指向結(jié)構(gòu)的指針SECURITY_ATTRIBUTES，thrdaddr– 指向接收線程標(biāo)識(shí)符的 32 位變量。

讓我們考慮以下線程創(chuàng)建示例［3］：

#include

#ifdef __PL_WINDOWS__

#include

#endif //__PL_WINDOWS__

#ifdef __PL_LINUX__

#include

#endif //__PL_LINUX__

#define STACK_SIZE_IN_BYTES （2097152） //2MB

#ifdef __PL_WINDOWS__

unsigned int __stdcall process_command_thread（void） {

#endif //__PL_WINDOWS__

#if defined （__PL_LINUX__） || （__PL_SOLARIS__） || （__PL_MACOSX__）

void *process_command_thread（void *p） {

#endif //（__PL_LINUX__） || （__PL_SOLARIS__） || （__PL_MACOSX__）

printf（“Hello from process command threadn”）;

return 0;

}

int main（int argc， char *argv［］）

{

#ifdef __PL_WINDOWS__

DWORD process_command_thread_id;

HANDLE h_process_command_thread;

h_process_command_thread = （HANDLE）_beginthreadex（

NULL，

STACK_SIZE_IN_BYTES，

process_command_thread，

NULL，

0，

（unsigned long *）&process_command_thread_id

）;

if （h_process_command_thread == NULL）

return -1;

#endif //__PL_WINDOWS__

#ifdef __PL_LINUX__

pthread_t h_process_command_thread;

int h_process_command_thread_initialized;

int ret;

ret = pthread_create（

&h_process_command_thread，

NULL，

process_command_thread，

NULL

）;

if （ret ！= 0）

return -1;

h_process_command_thread_initialized = 1;

#endif // __PL_LINUX__

printf（“Hello from main threadn”）;

return 0;

}

輸出將如下所示：

Linux目錄窗戶

［root@localhost~］# 。/進(jìn)程

來自主線程的你好

［root@localhost ~］#C：》進(jìn)程.exe

來自主線程的你好

C：》

很容易注意到process_command_thread不是以可視方式運(yùn)行的。當(dāng)用于線程管理的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由pthread_createor_beginthreadex函數(shù)初始化時(shí)，主線程完成執(zhí)行。我們可以預(yù)期在為 Linux 調(diào)用pthread_join后線程退出。

int pthread_join（pthread_t tid， void **retval）;

線程可以是可連接的（默認(rèn)情況下）或分離的。當(dāng)可連接線程終止時(shí)，信息（標(biāo)識(shí)符、終止?fàn)顟B(tài)、線程計(jì)數(shù)器等）將保留，直到調(diào)用pthread_join。

在Windows操作系統(tǒng)中，其中一個(gè)等待功能可能被視為類似于pthread_join。等待函數(shù)系列允許線程中斷其執(zhí)行并等待資源釋放。讓我們看一下pthread_join的類似物，即WaitForSingleObject：

DWORD WaitForSingleObject（HANDLE hObject， DWORD dwMilliseconds）;

調(diào)用此函數(shù)時(shí)，第一個(gè)參數(shù) hObject 標(biāo)識(shí)內(nèi)核對(duì)象。此對(duì)象可能處于以下兩種狀態(tài)之一：“空閑”或“忙碌”。

第二個(gè)參數(shù) dwMilliseconds 指示線程準(zhǔn)備好等待釋放對(duì)象的毫秒數(shù)。

以下示例說明了pthread_joinWaitForSingleObject調(diào)用：

#ifdef __PL_WINDOWS__

DWORD status = WaitForSingleObject（

h_process_command_thread，

INFINITE

）;

switch （status） {

case WAIT_OBJECT_0：

// The process terminated

break;

case WAIT_TIMEOUT：

// The process did not terminate within timeout

break;

case WAIT_FAILED：

// Bad call to function

break;

}

#endif //__PL_WINDOWS__

#ifdef __PL_LINUX__

int status = pthread_join（

h_process_command_thread，

NULL

）;

switch （status） {

case 0：

// The process terminated

break;

case default：

// Bad call to function

break;

}

#endif //__PL_LINUX__

#ifdef __PL_WINDOWS__

//Windows code

#endif //__PL_WINDOWS__

#ifdef __PL_LINUX__

//Code for UNIX OS systems

#endif //__PL_LINUX__

對(duì)于 Linux，本文介紹了由 POSIX.1-2001 標(biāo)準(zhǔn)（稱為“pthreads”）定義的線程接口。

本文稍后將介紹線程退出。

在此示例中，與本文中的其他示例一樣，Linux 和 Windows 的代碼庫都是單一的。區(qū)別在于編譯條件：

#ifdef __PL_WINDOWS__

//Windows code

#endif //__PL_WINDOWS__

#ifdef __PL_LINUX__

//Code for UNIX OS systems

#endif //__PL_LINUX__