


Linux操作系統(tǒng)下的多線程編程詳細解析
線程(thread)技術早在60年代就被提出,但真正應用多線程到操作系統(tǒng)中去,是在80年代中期,solaris是這方面的佼佼者。傳統(tǒng)的Unix也支持線程的概念,但是在一個進程(process)中只允許有一個線程,這樣多線程就意味著多進程。現(xiàn)在,多線程技術已經(jīng)被許多操作系統(tǒng)所支持,包括Windows/NT,當然,也包括Linux。
為什么有了進程的概念后,還要再引入線程呢?使用多線程到底有哪些好處?什么的系統(tǒng)應該選用多線程?我們首先必須回答這些問題。
使用多線程的理由之一是和進程相比,它是一種非常"節(jié)儉"的多任務操作方式。我們知道,在Linux系統(tǒng)下,啟動一個新的進程必須分配給它獨立的地址空間,建立眾多的數(shù)據(jù)表來維護它的代碼段、堆棧段和數(shù)據(jù)段,這是一種"昂貴"的多任務工作方式。而運行于一個進程中的多個線程,它們彼此之間使用相同的地址空間,共享大部分數(shù)據(jù),啟動一個線程所花費的空間遠遠小于啟動一個進程所花費的空間,而且,線程間彼此切換所需的時間也遠遠小于進程間切換所需要的時間。據(jù)統(tǒng)計,總的說來,一個進程的開銷大約是一個線程開銷的30倍左右,當然,在具體的系統(tǒng)上,這個數(shù)據(jù)可能會有較大的區(qū)別。
使用多線程的理由之二是線程間方便的通信機制。對不同進程來說,它們具有獨立的數(shù)據(jù)空間,要進行數(shù)據(jù)的傳遞只能通過通信的方式進行,這種方式不僅費時,而且很不方便。線程則不然,由于同一進程下的線程之間共享數(shù)據(jù)空間,所以一個線程的數(shù)據(jù)可以直接為其它線程所用,這不僅快捷,而且方便。當然,數(shù)據(jù)的共享也帶來其他一些問題,有的變量不能同時被兩個線程所修改,有的子程序中聲明為static的數(shù)據(jù)更有可能給多線程程序帶來災難性的打擊,這些正是編寫多線程程序時最需要注意的地方。
除了以上所說的優(yōu)點外,不和進程比較,多線程程序作為一種多任務、并發(fā)的工作方式,當然有以下的優(yōu)點:
1) 提高應用程序響應。這對圖形界面的程序尤其有意義,當一個操作耗時很長時,整個系統(tǒng)都會等待這個操作,此時程序不會響應鍵盤、鼠標、菜單的操作,而使用多線程技術,將耗時長的操作(time consuming)置于一個新的線程,可以避免這種尷尬的情況。
2) 使多CPU系統(tǒng)更加有效。操作系統(tǒng)會保證當線程數(shù)不大于CPU數(shù)目時,不同的線程運行于不同的CPU上。
3) 改善程序結構。一個既長又復雜的進程可以考慮分為多個線程,成為幾個獨立或半獨立的運行部分,這樣的程序會利于理解和修改。
下面我們先來嘗試編寫一個簡單的多線程程序。
簡單的多線程編程
Linux系統(tǒng)下的多線程遵循POSIX線程接口,稱為pthread。編寫Linux下的多線程程序,需要使用頭文件pthread.h,連接時需要使用庫libpthread.a。順便說一下,Linux下pthread的實現(xiàn)是通過系統(tǒng)調用clone()來實現(xiàn)的。clone()是Linux所特有的系統(tǒng)調用,它的使用方式類似fork,關于clone()的詳細情況,有興趣的讀者可以去查看有關文檔說明。下面我們展示一個最簡單的多線程程序example1.c。
關鍵字:Linux 多線程 編程
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