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linux多线程程序设计
这是一篇关于linux多线程程序设计的思维导图，主要内容有第—阶段-多线程的简单概念、第二阶段-linux线程的基本控制、第三阶段-Linux线程高级控制、第四阶段-linux多线程综合练习。
编辑于2022-07-16 10:46:55- 代码
- 多线程程…
- 基本控制
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linux多线程程序设计
第一阶段-多线程的简单概念
Lesson0:介绍
课程目标： 自我介绍以及课程介绍 为什么要学习多线程 重点难点： 考核目标： 课后练习： 参考课时：
关于我
魏杰，毕业于内蒙古大学自动化系，物联网专业讲师，chinaunix推荐博主（一生有你llx）。精通c、汇编、单片机，熟悉java、Android、php、linux、计算机原理、操作系统。 QQ：78080458 Email：wj78080458@163.com 博客：http://blog.chinaunix.net/uid/29270124.html
关于本课程
线程，IT界的通用术语，无论你在做c、c++、java、Android开发，或者你用windows、linux、WinCE，所有这些都会涉及到多线程 使用多线程的目的就是要合理利用资源、提高cpu的效率 课程安排：6·7课时，每个课时1小时 授课方式：微课程，每一小节一个知识点，10~15分钟 课程目标、重点难点、考核目标、课后练习
Lesson1:什么是线程
课程目标： 掌握线程的基本概念 了解线程的优势 重点难点： 并发、并行、同步、异步 考核目标： 并发和并行有什么区别 课后练习： 参考课时： 0.5
什么是线程
进程
进程：一个正在执行的程序，它是资源分配的最小单位 进程中的事情需要按照一定的顺序逐个进行，那么如何让一个进程中的一些事情同时执行？ 服务器的例子
为何又出现线程
线程：有时又称轻量级进程，程序执行的最小单位，系统独立调度和分派cpu的基本单位，它是进程中的一个实体。一个进程中可以有多个线程，这些线程共享进程的所有资源，线程本身只包含一点必不可少的资源。 进程出现了很多弊端，一是由于进程是资源拥有者，创建、撤消与切换存在较大的时空开销，因此需要引入轻型进程；二是由于对称多处理机（SMP）出现，可以满足多个运行单位，而多个进程并行开销过大。
关于线程的一些术语
并发
并发是指在同一时刻，只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。 看起来同时发生
并行
并行是指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。 真正的同时发生
同步
1．同步：彼此有依赖关系的调用不应该“同时发生”，而同步就是要阻止那些“同时发生”的事情
异步
1．异步 异步的概念和同步相对，任何两个彼此独立的操作是异步的，它表明事情独立的发生
多线程的优势
1、在多处理器中开发程序的并行性 2、在等待慢速IO操作时，程序可以执行其他操作，提高并发性 3、模块化的编程，能更清晰的表达程序中独立事件的关系，结构清晰 4、占用较少的系统资源 多线程不一定要多处理器
第二阶段-linux线程的基本控制
lesson2：线程的创造和生命
课程目标： 学会创建一个线程 掌握pthread_create（）的参数意义 掌握线程的生命周期 重点难点： pthread_create（）的参数 线程的生命周期 考核目标： 如何给新线程传递多个参数 线程有几种基本状态 课后练习： 参考课时： 1h
创造新线程
线程ID
线程 进程 标识符类型 pthread_t pid_t 获取id pthread_self（） getpid（） 创建 pthread_create（） fork（） pthread_t：结构体（FreeBSD5.2、Mac OS10.3）/unsigned long int（linux） /usr/include/bits/pthreadtypes.h 获取线程ID：pthread_self() 一个实例：获取主线程ID 思考：线程ID出了进程范围还有效吗？
创建线程
线程 进程 标识符类型 pthread_t pid_t 获取id pthread_self（） getpid（） 创建 pthread_create（） fork（） int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_routine)(void *), void *restrict arg) 第一个参数：新线程的id，如果成功则新线程的id回填充到tidp指向的内存 第二个参数：线程属性（调度策略，继承性，分离性...） 第三个参数：回调函数（新线程要执行的函数） 第四个参数：回调函数的参数 返回值：成功返回0，失败则返回错误码 编译时需要连接库libpthread
实例：创建线程，打印ID
 作业： 编写应用程序，创建一个线程，向该线程处理函数传递一个结构体，新线程将收到的数据打印出 来
线程的生命周期
初始线程/主线程
1、当c程序运行时，首先运行main函数。在线程代码中，这个特殊的执行流被称作初始线程或者主线程。你可以在初始线程中做任何普通线程可以做的事情。 2、主线程的特殊性在于，它在main函数返回的时候，会导致进程结束，进程内所有的线程也将会结束。这可不是一个好的现象，你可以在主线程中调用pthread_exit函数，这样进程就会等待所有线程结束时才终止。 3、主线程接受参数的方式是通过argc和argv，而普通的线程只有一个参数void* 4、在绝大多数情况下，主线程在默认堆栈上运行，这个堆栈可以增长到足够的长度。而普通线程的堆栈是受限制的，一旦溢出就会产生错误
线程的创建
1、主线程是随着进程的创建而创建 2、其他线程可以通过调用函数来创建，主要调用pthread_create 3、请注意，新线程可能在当前线程从函数pthread_create返回之前就已经运行了，甚至新 线程可能在当前线程从函数pthread_create返回之前就已经运行完毕了。
实例：验证主线程的特殊性
 练习：创造一个线程，主线程打印奇数，新线程打印偶数，交替执行
线程的四个基本状态
状态 含义 就绪 线程能够运行，但是在等待可用的处理器 运行 线程正在运行，在多核系统中，可能同时有多个线程在运行 阻塞 线程在等待处理器以外的其他条件 终止 线程从启动函数中返回，或者调用pthread_exit函数，或者被取消 
就绪
当线程刚被创建时就处于就绪状态，或者当线程被解除阻塞以后也会处于就绪状态。就绪的线程在等待一个可用的处理器，当一个运行的线程被抢占时，它立刻又回到就绪状态
运行
当处理器选中一个就绪的线程执行时，它立刻变成运行状态
阻塞
线程会在以下情况下发生阻塞：试图加锁一个已经被锁住的互斥量，等待某个条件变量，调用singwait等待尚未发生的信号，执行无法完成的I/O信号，由于内存页错误
终止
线程通常启动函数中返回来终止自己，或者调用pthread_exit退出，或者取消线程
回收
线程的分离属性： 分离一个正在运行的线程并不影响它，仅仅是通知当前系统该线程结束时，其所属的资源可以回收。一个没有被分离的线程在终止时会保留它的虚拟内存，包括他们的堆栈和其他系统资源，有时这种线程被称为“僵尸线程”。创建线程时默认是非分离的 如果线程具有分离属性，线程终止时会被立刻回收，回收将释放掉所有在线程终止时未释放的系统资源和进程资源，包括保存线程返回值的内存空间、堆栈、保存寄存器的内存空间等。 终止被分离的线程会释放所有的系统资源，但是你必须释放由该线程占有的程序资源。由malloc或者mmap分配的内存可以在任何时候由任何线程释放，条件变量、互斥量、信号灯可以由任何线程销毁，只要他们被解锁了或者没有线程等待。但是只有互斥量的主人才能解锁它，所以在线程终止前，你需要解锁互斥量
lesson3：线程基本控制
课程目标： 掌握线程的终止方式 掌握线程的连接、退出操作 掌握线程的清理操作 重点难点： 线程的链接、清理操作 考核目标： 线程的清理操作是如何进行的 课后练习： 参考课时： 1.5h
线程终止
课程目标： 1、掌握线程有几种终止方式 2、掌握pthread_exit函数 重点难点： 线程的几种“安全的”终止方式 考核目标： 如何让单个线程在不终止进程的前提下终止 课后练习： 验证任何一个线程调用exit都会终止进程 参考课时： 20分钟
exit是危险的
如果进程中的任意一个线程调用了exit，_Exit，_exit，那么整个进程就会终止
不终止进程的退出方式
普通的单个线程有一下3中方式退出，这样不会终止进程 （1）从启动例程中返回，返回值是线程的退出码 （2）线程可以被同一进程中的其他线程取消 （3）线程调用pthread_exit(void *rval)函数，rval是退出码 return 和 pthread_exit的区别
实例：验证几种退出方式
void pthread_exit(void *rval) rval是个无类型的指针，保存线程的退出码，其他线程可以通过返回码链接这个线程  作业：创建多个线程，证明任意一个线程调用exit函数族都会导致进程退出
线程连接
int pthread_join(pthead_t tid, void **rval) 调用该函数的线程会一直阻塞，直到指定的线程tid调用pthread_exit、从启动例程返回或者被取消 参数tid就是指定线程的id 参数rval是指定线程的返回码，如果线程被取消，那么rval被置为PTHREAD_CANCELED 该函数调用成功会返回0，失败返回错误码 调用pthread_join会使指定的线程处于分离状态，如果指定线程已经处于分离状态，那么调用就会失败 pthread_detach可以分离一个线程，线程可以自己分离自己 int pthread_detach(pthread_t thread); 成功返回0，失败返回错误码  作业：证明当pthread_join返回以后，其他的线程就不能调用pthread_join连接tid指定的线程了
线程取消
int pthread_cancle（pthread_t tid） 取消tid指定的线程，成功返回0。取消只是发送一个请求，并不意味着等待线程终止，而且发送成功也不意味着tid一定会终止 用于取消一个线程，它通常需要被取消线程的配合。线程在很多时候会查看自己是否有取消请求 如果有就主动退出， 这些查看是否有取消的地方称为取消点 很多地方都是包含取消点，包括 pthread_join()、 pthread_testcancel()、pthread_cond_wait()、 pthread_cond_timedwait()、sem_wait()、sigwait() write,read,大多数会阻塞的系统调用
取消函数
int pthread_cancel（pthread_t tid） 取消tid指定的线程，成功返回0。但是取消只是发送一个请求，并不意味着等待线程终止，而且发送成功也不意味着tid一定会终止
取消状态
取消状态，就是线程对取消信号的处理方式，忽略或者响应。线程创建时默认响应取消信号 int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate) 设置本线程对Cancel信号的反应，state有两种值：PTHREAD_CANCEL_ENABLE（缺省）和PTHREAD_CANCEL_DISABLE， 分别表示收到信号后设为CANCLED状态和忽略CANCEL信号继续运行；old_state如果不为NULL则存入原来的Cancel状态以便恢复。
取消类型
取消类型，是线程对取消信号的响应方式，立即取消或者延时取消。线程创建时默认延时取消 int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype) 设置本线程取消动作的执行时机，type由两种取值：PTHREAD_CANCEL_DEFFERED和PTHREAD_CANCEL_ASYCHRONOUS，仅当Cancel状态为Enable时有效，分别表示收到信号后继续运行至下一个取消点再退出和立即执行取消动作（退出）；oldtype如果不为NULL则存入运来的取消动作类型值。
取消点
取消一个线程，它通常需要被取消线程的配合。线程在很多时候会查看自己是否有取消请求 如果有就主动退出， 这些查看是否有取消的地方称为取消点 很多地方都是包含取消点，包括 pthread_join()、 pthread_testcancel()、pthread_cond_wait()、 pthread_cond_timedwait()、sem_wait()、sigwait()、write、read,大多数会阻塞的系统调用 man pthreads
实例：正确的取消一个线程
 作业：证明线程可以自己取消自己
向线程发送信号
int pthread_kill(pthread_t thread, int sig); 别被名字吓到，pthread_kill可不是kill，而是向线程发送signal。还记得signal吗，大部分signal的默认动作是终止进程的运行，所以，我们才要用signal()去抓信号并加上处理函数。 int pthread_kill(pthread_t thread, int sig); 向指定ID的线程发送sig信号，如果线程代码内不做处理，则按照信号默认的行为影响整个进程，也就是说，如果你给一个线程发送了SIGQUIT，但线程却没有实现signal处理函数，则整个进程退出。 pthread_kill(threadid, SIGKILL)也一样，杀死整个进程。 如果要获得正确的行为，就需要在线程内实现signal(SIGKILL,sig_handler)了。 所以，如果int sig的参数不是0，那一定要清楚到底要干什么，而且一定要实现线程的信号处理函数，否则，就会影响整个进程。 OK，如果int sig是0呢，这是一个保留信号，其实并没有发送信号，作用是用来判断线程是不是还活着。
pthread_kill
int pthread_kill(pthread_t thread, int sig); 别被名字吓到，pthread_kill可不是kill，而是向线程发送signal。还记得signal吗，大部分signal的默认动作是终止进程的运行，所以，我们才要用sigaction()去抓信号并加上处理函数。 向指定ID的线程发送sig信号，如果线程代码内不做处理，则按照信号默认的行为影响整个进程，也就是说，如果你给一个线程发送了SIGQUIT，但线程却没有实现signal处理函数，则整个进程退出。 如果要获得正确的行为，就需要在线程内实现sigaction了。 所以，如果int sig的参数不是0，那一定要清楚到底要干什么，而且一定要实现线程的信号处理函数，否则，就会影响整个进程。 如果int sig是0呢，这是一个保留信号，其实并没有发送信号，作用是用来判断线程是不是还活着。
信号处理
进程信号处理： int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact); 给信号signum设置一个处理函数，处理函数在sigaction中指定 act.sa_mask 信号屏蔽字 act.sa_handler 信号集处理程序 int sigemptyset(sigset_t *set); 清空信号集 int sigfillset(sigset_t *set); 将所有信号加入信号集 int sigaddset(sigset_t *set, int signum); 增加一个信号到信号集 int sigdelset(sigset_t *set, int signum); 删除一个信号到信号集 多线程信号屏蔽处理 /* int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset)*/ int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset); how = SIG_BLOCK：向当前的信号掩码中添加set，其中set表示要阻塞的信号组。 SIG_UNBLOCK：向当前的信号掩码中删除set，其中set表示要取消阻塞的信号组。 SIG_SETMASK：将当前的信号掩码替换为set，其中set表示新的信号掩码。 在多线程中，新线程的当前信号掩码会继承创造它的线程的信号掩码 一般情况下，被阻塞的信号将不能中断此线程的执行，除非此信号的产生是因为程序运行出错如 SIGSEGV；另外不能被忽略处理的信号 SIGKILL 和 SIGSTOP 也无法被阻塞。 作业：证明 SIGKILL和 SIGSTOP是无法被阻塞的
清除操作
线程可以安排它退出时的清理操作，这与进程的可以用atexit函数安排进程退出时需要调用的函数类似。这样的函数称为线程清理处理程序。线程可以建立多个清理处理程序，处理程序记录在栈中，所以这些处理程序执行的顺序与他们注册的顺序相反 pthread_cleanup_push（void （*rtn）（void*）， void *args）//注册处理程序 pthread_cleanup_pop（int excute）//清除处理程序 当执行以下操作时调用清理函数，清理函数的参数由args传入 1、调用pthread_exit 2、响应取消请求 3、用非零参数调用pthread_cleanup_pop
lesson4：线程的同步
课程目标： 重点难点： 考核目标： 课后练习： 参考课时：
互斥量
为什么要使用互斥量
当多个线程共享相同的内存时，需要每一个线程看到相同的视图。当一个线程修改变量时，而其他线程也可以读取或者修改这个变量，就需要对这些线程同步，确保他们不会访问到无效的变量 在变量修改时间多于一个存储器访问周期的处理器结构中，当存储器的读和写这两个周期交叉时，这种潜在的不一致性就会出现。当然这与处理器相关，但是在可移植的程序中并不能对处理器做出任何假设 
互斥锁的初始化和销毁
为了让线程访问数据不产生冲突，这要就需要对变量加锁，使得同一时刻只有一个线程可以访问变量。互斥量本质就是锁，访问共享资源前对互斥量加锁，访问完成后解锁 当互斥量加锁以后，其他所有需要访问该互斥量的线程都将阻塞 当互斥量解锁以后，所有因为这个互斥量阻塞的线程都将变为就绪态，第一个获得cpu的线程会获得互斥量，变为运行态，而其他线程会继续变为阻塞，在这种方式下访问互斥量每次只有一个线程能向前执行 互斥量用pthread_mutex_t类型的数据表示，在使用之前需要对互斥量初始化 1、如果是动态分配的互斥量，可以调用pthread_mutex_init（）函数初始化 2、如果是静态分配的互斥量，还可以把它置为常量PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 3、动态分配的互斥量在释放内存之前需要调用pthread_mutex_destroy（） int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr); int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
加锁和解锁
加锁 int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); 成功返回0，失败返回错误码。如果互斥量已经被锁住，那么会导致该线程阻塞 int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); 成功返回0，失败返回错误码。如果互斥量已经被锁住，不会导致线程阻塞 解锁 int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); 成功返回0，失败返回错误码。如果一个互斥量没有被锁住，那么解锁就会出错
互斥锁实例

死锁
死锁：线程一直在等待锁，而锁却无法解开 如果一个线程对已经占有的互斥量继续加锁，那么他就会陷入死锁状态。 lock mutex--------lock mutex--------阻塞 解除阻塞状态的条件：mutex unlock mutex unlock的条件： 解除阻塞态 程序中使用多个互斥量时，如果一个线程一直占有互斥量A，并且试图加锁互斥量B，但是拥有互斥量B的线程却要加锁互斥量A，这时就会出现死锁 线程1： lock A成功 线程2 ： lock B成功 线程1： lock B失败， 阻塞 线程2： lock A失败， 阻塞 线程1解除阻塞的条件：线程2将B解锁 线程2解除阻塞的条件：线程1将A解锁 如何去避免 你可以小心的控制互斥量加锁的顺序来避免死锁，例如所有的线程都在加锁B之前先加锁A，那么这两个互斥量就不会产生死锁了 有的时候程序写的多了互斥量就难以把控，你可以先释放已经占有的锁，然后再加锁其他互斥量。 互斥量使用要注意： 1、访问共享资源时需要加锁 2、互斥量使用完之后需要销毁 3、加锁之后一定要解锁 4、互斥量加锁的范围要小 5、互斥量的数量应该少 作业：使用多线程对一个队列进行增加和减少，增加操作是一个线程，删除操作是一个线程
读写锁
什么是读写锁，它与互斥锁的区别
读写锁与互斥量类似，不过读写锁有更高的并行性。互斥量要么加锁要么不加锁，而且同一时刻只允许一个线程对其加锁。对于一个变量的读取，完全可以让多个线程同时进行操作 pthread_rwlock_t rwlock 读写锁有三种状态，读模式下加锁，写模式下加锁，不加锁。一次只有一个线程可以占有写模式下的读写锁，但是多个线程可以同时占有读模式的读写锁 读写锁在写加锁状态时，在它被解锁之前，所有试图对这个锁加锁的线程都会阻塞。读写锁在读加锁状态时，所有试图以读模式对其加锁的线程都会获得访问权，但是如果线程希望以写模式对其加锁，它必须阻塞直到所有的线程释放锁。 当读写锁一读模式加锁时，如果有线程试图以写模式对其加锁，那么读写锁会阻塞随后的读模式锁请求。这样可以避免读锁长期占用，而写锁达不到请求。 读写锁非常适合对数据结构读次数大于写次数的程序，当它以读模式锁住时，是以共享的方式锁住的；当它以写模式锁住时，是以独占的模式锁住的。 ;
读写锁的初始化和销毁
读写锁在使用之前必须初始化 int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr); 使用完需要销毁 int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock); 成功返回0 ，失败返回错误码
加锁和解锁
读模式加锁 int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 写模式加锁 int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 解锁 int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 成功返回0
读写锁实例
 作业：用多线程将一个文件1.c拷贝3个副本11.c、12.c、13.c
条件变量
条件变量的引入
一个典型的实例 在一条生产先线上有一个仓库，当生产者生产的时候需要锁住仓库独占，而消费者取产品的时候也要锁住仓库独占。如果生产者发现仓库满了，那么他就不能生产了，变成了阻塞状态。但是此时由于生产者独占仓库，消费者又无法进入仓库去消耗产品，这样就造成了一个僵死状态。 我们需要一种机制，当互斥量被锁住以后发现当前线程还是无法完成自己的操作，那么它应该释放互斥量，让其他线程工作。 1、可以采用轮询的方式，不停的查询你需要的条件 2、让系统来帮你查询条件，使用条件变量pthread_cond_t cond
条件变量的初始化和销毁
条件变量使用之前需要初始化 1、pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; 2、int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr); 默认属性为空NULL 条件变量使用完成之后需要销毁 int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
条件变量的使用
条件变量使用需要配合互斥量 int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex); 1、使用pthread_cond_wait等待条件变为真。传递给pthread_cond_wait的互斥量对条件进行保护，调用者把锁住的互斥量传递给函数。 2、这个函数将线程放到等待条件的线程列表上，然后对互斥量进行解锁，这是个原子操作。当条件满足时这个函数返回，返回以后继续对互斥量加锁。 int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime); 3、这个函数与pthread_cond_wait类似，只是多一个timeout，如果到了指定的时间条件还不满足，那么就返回。时间用下面的结构体表示 struct timespec{ time_t tv_sec; long tv_nsec; }; 注意，这个时间是绝对时间。例如你要等待3分钟，就要把当前时间加上3分钟然后转换到 timespec，而不是直接将3分钟转换到 timespec 当条件满足的时候，需要唤醒等待条件的线程 int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); 1、pthread_cond_broadcast唤醒等待条件的所有线程 2、pthread_cond_signal至少唤醒等待条件的某一个线程 注意，一定要在条件改变以后在唤醒线程
条件变量实例
 作业：多个生产者和多个消费者
第三阶段-Linux线程高级控制
Lesson5: 线程的高级属性
课程目标： 掌握什么是一次性初始化 掌握线程的同步属性 理解线程的属性 理解线程的私有数据 理解如何在线程中使用fork 重点难点： 一次性初始化 线程属性中的分离属性、线程的取消属性 线程中的fork 考核目标： 什么是一次性初始化 如何在线程中安全的使用fork 课后练习： 参考课时： 1h
一次性初始化
有些事需要且只能执行一次（比如互斥量初始化）。通常当初始化应用程序时，可以比较容易地将其放在main函数中。但当你写一个库函数时，就不能在main里面初始化了，你可以用静态初始化，但使用一次初始（pthread_once_t）会比较容易些。 首先要定义一个pthread_once_t变量，这个变量要用宏PTHREAD_ONCE_INIT初始化。然后创建一个与控制变量相关的初始化函数 pthread_once_t once_control = PTHREAD_ONCE_INIT; void init_routine（） { //初始化互斥量 //初始化读写锁 ...... } 接下来就可以在任何时刻调用pthread_once函数 int pthread_once(pthread_once_t* once_control, void (*init_routine)(void)); 功能：本函数使用初值为PTHREAD_ONCE_INIT的once_control变量保证init_routine()函数在本进程执行序列中仅执行一次。在多线程编程环境下，尽管pthread_once()调用会出现在多个线程中，init_routine()函数仅执行一次，究竟在哪个线程中执行是不定的，是由内核调度来决定。 Linux Threads使用互斥锁和条件变量保证由pthread_once()指定的函数执行且仅执行一次。实际"一次性函数"的执行状态有三种：NEVER（0）、IN_PROGRESS（1）、DONE （2），用once_control来表示pthread_once()的执行状态： 1、如果once_control初值为0，那么 pthread_once从未执行过，init_routine()函数会执行。 2、如果once_control初值设为1，则由于所有pthread_once()都必须等待其中一个激发"已执行一次"信号， 因此所有pthread_once ()都会陷入永久的等待中，init_routine()就无法执行 3、如果once_control设为2，则表示pthread_once()函数已执行过一次，从而所有pthread_once()都会立即 返回，init_routine()就没有机会执行 当pthread_once函数成功返回，once_control就会被设置为2 作业：将互斥量的初始化，使用pthread_once来实现
线程属性
线程的属性
线程的属性用pthread_attr_t类型的结构表示，在创建线程的时候可以不用传入NULL，而是传入一个pthread_attr_t结构，有用户自己来配置线程的属性 线程属性初始化 int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr); 线程属性销毁 int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr); 如果在调用pthread_attr_init初始化属性的时候分配了内存空间，那么pthread_attr_destroy将释放内存空间。初次之外，pthread_atty_destroy还会用无效的值初始化pthread_attr_t对象，因此如果该属性对象被误用，会导致创建线程失败 pthread_attr_t类型对应用程序是不透明的，也就是说应用程序不需要了解有关属性对象内部结构的任何细节，因而可以增加程序的可移植性 线程属性 名称 描述 detachstate 线程的分离状态 guardsize 线程栈末尾的警戒区域大小（字节数） stacksize 线程栈的最低地址 stacksize 线程栈的大小（字节数） 并不是所有的系统都支持线程的这些属性，因此你需要检查当前系统是否支持你设置的属性，检查方式 /usr/include/bits/posix_opt.h
线程有哪些属性
线程的属性用pthread_attr_t类型的结构表示，在创建线程的时候可以不用传入NULL，而是传入一个pthread_attr_t结构，由用户自己来配置线程的属性 pthread_attr_t类型对应用程序是不透明的，也就是说应用程序不需要了解有关属性对象内部结构的任何细节，因而可以增加程序的可移植性 线程属性 名称 描述 detachstate 线程的分离状态 guardsize 线程栈末尾的警戒区域大小（字节数） stacksize 线程栈的最低地址 stacksize 线程栈的大小（字节数） 并不是所有的系统都支持线程的这些属性，因此你需要检查当前系统是否支持你设置的属性 当然还有一些属性不包含在pthread_attr_t结构中，例如：线程的可取消状态、取消类型、并发度
线程属性初始化和销毁
pthread_attr_t结构在使用之前需要初始化，使用完之后需要销毁 线程属性初始化 int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr); 线程属性销毁 int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr); 如果在调用pthread_attr_init初始化属性的时候分配了内存空间，那么pthread_attr_destroy将释放内存空间。除此之外，pthread_atty_destroy还会用无效的值初始化pthread_attr_t对象，因此如果该属性对象被误用，会导致创建线程失败
线程的分离属性
分离一个正在运行的线程并不影响它，仅仅是通知当前系统该线程结束时，其所属的资源可以回收。一个没有被分离的线程在终止时会保留它的虚拟内存，包括他们的堆栈和其他系统资源，有时这种线程被称为“僵尸线程”。创建线程时默认是非分离的 如果线程具有分离属性，线程终止时会被立刻回收，回收将释放掉所有在线程终止时未释放的系统资源和进程资源，包括保存线程返回值的内存空间、堆栈、保存寄存器的内存空间等。 如果在创建线程的时候就直到不需要了解线程的终止状态，那么可以修改pthread_attr_t结构体的detachstate属性，让线程以分离状态启动。可以使用pthread_attr_setdetachstate函数来设置线程的分离状态属性。线程的分离属性有两种合法值: PTHREAD_CREATE_DETACHED分离的 PTHREAD_CREATE_JOINABLE 非分离的，可连接的 int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate); int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate); 使用pthread_attr_getdetachstate可以获得线程的分离状态属性 所有的系统都会支持线程的分离状态属性
分离属性的概念
分离一个正在运行的线程并不影响它，仅仅是通知当前系统该线程结束时，其所属的资源可以回收。一个没有被分离的线程在终止时会保留它的虚拟内存，包括他们的堆栈和其他系统资源，有时这种线程被称为“僵尸线程”。创建线程时默认是非分离的 如果线程具有分离属性，线程终止时会被立刻回收，回收将释放掉所有在线程终止时未释放的系统资源和进程资源，包括保存线程返回值的内存空间、堆栈、保存寄存器的内存空间等。
分离属性的使用方法
如果在创建线程的时候就直到不需要了解线程的终止状态，那么可以修改pthread_attr_t结构体的detachstate属性，让线程以分离状态启动。可以使用pthread_attr_setdetachstate函数来设置线程的分离状态属性。线程的分离属性有两种合法值: PTHREAD_CREATE_DETACHED分离的 PTHREAD_CREATE_JOINABLE 非分离的，可连接的 int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate); int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate); 使用pthread_attr_getdetachstate可以获得线程的分离状态属性 设置线程分离属性的步骤 1、定义线程属性变量pthread_attr_t attr 2、初始化attr，pthread_attr_init(&attr) 3、设置线程为分离或非分离 pthread_attr_setdetachstate(&attr, detachstate) 4、创建线程pthread_create（&tid， &attr， thread_fun, NULL） 所有的系统都会支持线程的分离状态属性，
分离属性的实例
 作业：设置线程的分离属性，然后在新线程中获取自己的分离属性
线程栈属性
对于进程来说，虚拟地址空间的大小是固定的，进程中只有一个栈，因此它的大小通常不是问题。但对线程来说，同样的虚拟地址被所有的线程共享。如果应用程序使用了太多的线程，致使线程栈累计超过可用的虚拟地址空间，这个时候就需要减少线程默认的栈大小。另外，如果线程分配了大量的自动变量或者线程的栈帧太深，那么这个时候需要的栈要比默认的大。 如果用完了虚拟地址空间，可以使用malloc或者mmap来为其他栈分配空间，并修改栈的位置。 修改栈属性 int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr, size_t stacksize); 获取栈属性 int pthread_attr_getstack(pthread_attr_t *attr, void **stackaddr, size_t *stacksize); 参数stackaddr是栈的内存单元最低地址，参数stacksize是栈的大小。你要注意stackaddr并不一定是栈的开始，对于一些处理器，栈的地址是从高往低的，那么这是stackaddr是栈的结尾。设置栈地址会降低可移植性 当然线程也可以单独获取或者修改栈的大小 int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize); int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize); 对于遵循POSIX标准的系统来说，不一定要支持线程的栈属性，因此你需要检查 1、在编译阶段使用 _POSIX_THREAD_ATTR_STACKADDR 和 _POSIX_THREAD_ATTR_STACKSIZE符号来检查系统是否支持线程栈属性 2、在运行阶段把 _SC_THREAD_ATTR_STACKADD和 _SC_THREAD_THREAD_ATTR_STACKSIZE传递给sysconf函数检查系统对线程栈属性的支持
线程的栈大小与地址
对于进程来说，虚拟地址空间的大小是固定的，进程中只有一个栈，因此它的大小通常不是问题。但对线程来说，同样的虚拟地址被所有的线程共享。如果应用程序使用了太多的线程，致使线程栈累计超过可用的虚拟地址空间，这个时候就需要减少线程默认的栈大小。另外，如果线程分配了大量的自动变量或者线程的栈帧太深，那么这个时候需要的栈要比默认的大。 如果用完了虚拟地址空间，可以使用malloc或者mmap来为其他栈分配空间，并修改栈的位置。 修改栈属性 int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr, size_t stacksize); 获取栈属性 int pthread_attr_getstack(pthread_attr_t *attr, void **stackaddr, size_t *stacksize); 参数stackaddr是栈的内存单元最低地址，参数stacksize是栈的大小。你要注意stackaddr并不一定是栈的开始，对于一些处理器，栈的地址是从高往低的，那么这是stackaddr是栈的结尾。 当然也可以单独获取或者修改栈的大小，而不去修改栈的地址。对于栈大小设置，不能小于PTHREAD_STACK_MIN(需要头文件limit.h) int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize); int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize); 对于栈大小的设置，在创建线程之后，还可以修改。 对于遵循POSIX标准的系统来说，不一定要支持线程的栈属性，因此你需要检查 1、在编译阶段使用 _POSIX_THREAD_ATTR_STACKADDR 和 _POSIX_THREAD_ATTR_STACKSIZE符号来检查系统是否支持线程栈属性，这些宏定义在/usr/include/bits/posix_opt.h 2、在运行阶段把 _SC_THREAD_ATTR_STACKADD和 _SC_THREAD_THREAD_ATTR_STACKSIZE传递给sysconf函数检查系统对线程栈属性的支持
栈尾警戒区
线程属性guardsize控制着线程栈末尾以后用以避免栈溢出的扩展内存的大小，这个属性默认是PAGESIZE个字节。你可以把它设为0，这样就不会提供警戒缓冲区。同样的，如果你修改了stackaddr，系统会认为你自己要管理栈，警戒缓冲区会无效。 设置guardsize int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *attr, size_t guardsize); 获取guardsize int pthread_attr_getguardsize(pthread_attr_t *attr, size_t *guardsize);
栈属性实例

线程的同步属性
互斥量的属性
就像线程有属性一样，线程的同步互斥量也有属性，比较重要的是进程共享属性和类型属性。互斥量的属性用pthread_mutexattr_t类型的数据表示，当然在使用之前必须进行初始化，使用完成之后需要进行销毁： 互斥量初始化 int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr); 互斥量销毁 int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);
进程共享属性
进程共享属性有两种值： PTHREAD_PROCESS_PRIVATE，这个是默认值，同一个进程中的多个线程访问同一个同步对象 PTHREAD_PROCESS_SHARED, 这个属性可以使互斥量在多个进程中进行同步，如果互斥量在多进程的共享内存区域，那么具有这个属性的互斥量可以同步多进程 设置互斥量进程共享属性 int pthread_mutexattr_getpshared(const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict pshared); int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared); 进程共享属性需要检测系统是否支持，可以检测宏_POSIX_THREAD_PROCESS_SHARED
类型属性
类型属性 互斥量类型 没有解锁时再次加锁 不占用是解锁 已解锁时解锁 PTHREAD_MUTEX_NORMAL 死锁 为定义 未定义 PTHREAD_MUTEX_ERRORCHEK 返回错误 返回错误 返回错误 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 允许 返回错误 返回错误 PTHREAD_MUTEX_DEFAULT 未定义 未定义 未定义 设置互斥量的类型属性 int pthread_mutexattr_gettype(const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict type); int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int type);
互斥量属性实例
创建共享内存  作业：如果将互斥量的进程共享属性设为PTHREAD_PROCESS_PRIVATTE会是什么结果，为什么呢？
读写锁的属性
读写锁也有属性，它只有一个进程共享属性 读写锁属性初始化 int pthread_rwlockattr_destroy(pthread_rwlockattr_t *attr); int pthread_rwlockattr_init(pthread_rwlockattr_t *attr); 设置读写锁进程共享属性 int pthread_rwlockattr_getpshared(const pthread_rwlockattr_t *restrict attr, int *restrict pshared); int pthread_rwlockattr_setpshared(pthread_rwlockattr_t *attr, int pshared);
条件变量的属性
条件变量也有进程共享属性 条件变量属性初始化 int pthread_condattr_destroy(pthread_condattr_t *attr); int pthread_condattr_init(pthread_condattr_t *attr); 设置条件变量属性 int pthread_condattr_getpshared(const pthread_condattr_t *restrict attr, int *restrict pshared); int pthread_condattr_setpshared(pthread_condattr_t *attr, int pshared);
线程私有数据
应用程序设计中有必要提供一种变量，使得多个函数多个线程都可以访问这个变量（看起来是个全局变量），但是线程对这个变量的访问都不会彼此产生影响（貌似不是全局变量哦），但是你需要这样的数据，比如errno。那么这种数据就是线程的私有数据，尽管名字相同，但是每个线程访问的都是数据的副本。  在使用私有数据之前，你首先要创建一个与私有数据相关的键，要来获取对私有数据的访问权限 。这个键的类型是pthread_key_t int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destructor)(voi8d*)); 创建的键放在key指向的内存单元，destructor是与键相关的析构函数。当线程调用pthread_exit或者使用return返回，析构函数就会被调用。当析构函数调用的时候，它只有一个参数，这个参数是与key关联的那个数据的地址（也就是你的私有数据啦），因此你可以在析构函数中将这个数据销毁。 键使用完之后也可以销毁，当键销毁之后，与它关联的数据并没有销毁哦 int pthread_key_delete(pthread_key_t key); 有了键之后，你就可以将私有数据和键关联起来，这样就就可以通过键来找到数据。所有的线程都可以访问这个键，但他们可以为键关联不同的数据。（这岂不是一个名字一样，而值却不同的全局变量么） int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value); 将私有数据与key关联 void *pthread_getspecific(pthread_key_t key); 获取私有数据的地址，如果没有数据与key关联，那么返回空 作业：将一块动态申请的内存关联到key，访问pthread_getspecific(key)，请注意内存的销毁
线程与fork
当线程调用fork函数时，就为子进程创建了整个进程地址空间的副本，子进程通过继承整个地址空间的副本，也会将父进程的互斥量、读写锁、条件变量的状态继承过来。也就是说，如果父进程中互斥量是锁着的，那么在子进程中互斥量也是锁着的（尽管子进程自己还没有来得及lock），这是非常不安全的，因为不是子进程自己锁住的，它无法解锁。 子进程内部只有一个线程，由父进程中调用fork函数的线程副本构成。如果调用fork的线程将互斥量锁住，那么子进程会拷贝一个pthread_mutex_lock副本，这样子进程就有机会去解锁了。或者互斥量根本就没被加锁，这样也是可以的，但是你不能确保永远是这样的情况。 pthread_atfork函数给你创造了这样的条件，它会注册三个函数 int pthread_atfork(void (*prepare)(void), void (*parent)(void), void (*child)(void)); prepare是在fork调用之前会被调用的，parent在fork返回父进程之前调用，child在fork返回子进程之前调用。如果在prepare中加锁所有的互斥量，在parent和child中解锁所有的互斥量，那么在fork返回之后，互斥量的状态就是未加锁。 可以有多个 pthread_atfork函数，这是也就会有多个处理程序（prepare，parent，child）。多个prepare的执行顺序与注册顺序相反，而parent和child的执行顺序与注册顺序相同 作业：线程总是在锁住B之前锁住A, 那么如何用2个pthread_atfork来确保可以安全的使用fork
第四阶段-linux多线程综合练习
lesson6：多线程并发服务器
课程目标： 掌握多线程的优势 掌握在何时使用多线程 重点难点： socket的使用 何时创建新线程 考核目标： 为什么tcp服务器要利用多线程 课后练习： 参考课时： 1h
多线程概念、优势、使用
线程：有时又称轻量级进程，程序执行的最小单位，系统独立调度和分派cpu的基本单位，它是进程中的一个实体。一个进程中可以有多个线程，这些线程共享进程的所有资源，线程本身只包含一点必不可少的资源。 同步、异步、并发、并行 优势： 1、在多处理器中开发程序的并行性 2、在等待慢速IO操作时，程序可以执行其他操作，提高并发性 3、模块化的编程，能更清晰的表达程序中独立事件的关系，结构清晰 4、占用较少的系统资源 线程创造，获取ID，生命周期 线程控制：终止、连接、取消、发送信号、清除操作 线程同步：互斥量、读写锁、条件变量 线程高级控制：一次性初始化、线程属性、同步属性、私有数据、安全的fork
基于多线程的TCP并发服务器
理论：tcp服务器创建的步骤
创建一个socket，使用函数socket（）
socket ■Socket（套接字）实质上提供了进程通信的端点.进程通信之前，双方首先必须各自的一个端点，否则是没有办法通信的。通过socket将IP地址和端口绑定之后，客户端就可以和服务器通信了 亲，还记得进程之间的通信有些什么方式吗？ ■当我们访问套接字时，要像访问文件一样使用文件描述符。 ■创造一个套接字可以使用socket（）函数 #include int socket(int domain, int type, int protocol); 返回值：成功则返回套接字文件描述符，失败返回-1 参数domain：通信域，确定通信特性,包括地址格式 域 描述 AF_INET AF_INET6 AF_UNIX AF_UNSPEC IPv4因特网域 IPv6因特网域 unix域 未指定 参数type：套接字类型 类型 描述 SOCK_DGRAM SOCK_RAW SOCK_SEQPACKET SOCK_STREAM 长度固定的、无连接的不可靠报文传输 IP协议的数据报接口 长度固定、有序、可靠的面向连接报文传递 有序、可靠、双向的面向连接的字节流 参数protocol， 指定相应的传输协议，也就是诸如TCP或UDP协议等等，系统针对每一个协议簇与类型提供了一个默认的协议，我们通过把protocol设置为0来使用这个默认的值。
绑定IP地址和端口信息到socket，使用函数bind()
IP地址
在socket程序设计中，struct sockaddr_in（或者struct sock_addr） 用于记录网络地址 struct sockaddr_in { short int sin_family; /* 协议族*/ unsigned short int sin_port; /* 端口号*/ struct in_addr sin_addr; /* 协议特定地址*/ unsigned char sin_zero[8]; /* 填0 */ } typedef struct in_addr { union { struct{ unsigned char s_b1, s_b2, s_b3, s_b4; } S_un_b; struct { unsigned short s_w1, s_w2; } S_un_w; unsigned long s_addr; } S_un; } IN_ADDR; IP地址通常由数字加点(192.168.0.1)的形式表示，而在struct in_addr中使用的IP地址是由32位的整数表示的，为了转换我们可以使用下面两个函数： v int inet_aton(const char *cp,struct in_addr *inp) v char *inet_ntoa(struct in_addr in) 函数里面a 代表ascii ，n 代表network。inet_aton是将a.b.c.d形式的IP转换为32位的IP,存储在inp指针里面。inet_ntoa是将32位IP转换为a.b.c.d的格式。字节序转换 不同类型的CPU 对变量的字节存储顺序可能不同：有的系统是高位在前，低位在后，而有的系统是低位在前，高位在后，而网络传输的数据顺序是一定要是统一的。所以当内部字节存储顺序和网络字节序（ big endian ）不同时，就一定要进行转换。 字节序转换，32bit的整数(0x01234567)从地址0x100开始：  vhtons 把unsigned short类型从主机序转换到网络序 vhtonl 把unsigned long类型从主机序转换到网络序 vntohs 把unsigned short类型从网络序转换到主机序 vntohl 把unsigned long类型从网络序转换到主机序
bind
bind 绑定服务器的地址和端口到socket，这样做就是让客户端来发现用以连接的服务器的地址 #include int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len); 返回值：成功返回0，失败返回-1 参数sockfd： 服务器socket 参数addr： 服务器的地址，对于因特网域，如果设置地址为INADDR_ANY，套接字可以绑定到所 有的网络端口。这意味着可以收到这个系统所有网卡的数据包。一般我们在使用 sockaddr_in类型的结构体代替sockaddr结构体 参数len： addr的长度
设置允许的最大连接数，使用函数listen()
listen 服务器调用listen函数来宣告可以接受连接请求 #include int listen(int sockfd, int backlog); 返回值： 成功返回0，失败返回-1 参数backlog：用于表示服务器能接受的请求数量
等待来自客户端的连接请求，使用函数accept()
accept 一旦服务器调用了listen，套接字就能接收连接请求。使用函数accept函数来接受并建立请求 #include int accept(int sockfd, struct sockaddr *restrict addr, socklen_t *restrict len); 参数sockfd：服务器socket 参数addr： 用来存放客户端的地址，如果addr的空间足够大，系统会自动填充。 参数len： addr的长度 如果不关心客户端ip，那么addr和len可以设为NULL 返回值：成功则返回套接字描述符，失败返回-1 注意： 1、accept返回一个新的socket关联到客户端，它与原始的socket有相同的套接字类型和协议族。 传递给accept的原始socket并没有关联客户端，它要继续保持可用状态 ，接收其他请求。 2、accept是一个阻塞的函数，会一直等到有客户端的请求
收发数据，用函数recv()、send()/sendto()或者read()、write()
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