分类： LINUX
2011-10-15 18:41:45
关于线程的引入：
前面讲了进程，大家知道一个进程在一个时刻只能干一件事，不能同时干两件以上的事：还有进程发生阻塞后，进程里的其他操作就不能继续执行；每个进程的创建都要消耗一定的内存空间，这对于寸土寸金的内存来说是一件很糟的事；且进程间的切换比起线程切换要花费很多时间，所以就引入了线程。
线程的管理：
在介绍线程如何管理之前首先要介绍如何创建线程，就像进程的创建一样（进程的创建通过两种方式，一是由操作系统创建。比如INIT进程，还有一种就是通过父进程创建，比如fork()）线程pthread的创建函数为pthread_create.其函数声明为
int pthread_create(pthread_t *thread,pthread_attr_t *attr,void * (*start_routine) (void *),void *arg);
各参数含义如下：
thread:当函数创建成功时，用来返回创建的线程ID。
attr：为线程属性，默认情况为NULL。
start_routine:为一个函数指针，指向线程创建后要调用的函数。
arg：指向传递给线程函数的参数，默认为NULL。
进程通过PCB（进程控制块）或进程表来进行管理，PCB的信息定义在task_struct结构体中，线程和进程类似，她通过TCB（线程控制块）或线程控制表来进行管理。大家知道线程是共享进程的资源，共享的东西不会放到TCB里面，应该放线程私有的资源。
线程的共享资源包括：全局变量、地址空间、子进程、信号和信号服务程序等。
线程的私有资源：线程号：每个线程都有唯一的线程号、寄存器（程序寄存器和堆栈寄存器）、堆栈、信号掩码、优先级等。
线程的实现：
线程的管理有两种方式：一种是有操作系统管理线程，另一种是进程自己来管理线程。这就出现了线程的两种实现方式，一种是用户态线程，另一种是内核态线程。
内核态线程的实现：既然操作系统管理线程，那么通过什么来管理？聪明的你可能猜到了操作系统通过共同管理PCB和TCB来实现。那么操作系统管理有何好处？首先就是方便了编程人员，我们不必知道复杂的线程调度，这些操作系统都为我们做好了。还有就是一个线程阻塞后，操作系统就会运行其他线程。当然内核态管理线程也是有不足的，线程陷入内核会增加用户态与内核态切换的开销，造成效率降低。
用户态线程的实现：线程在用户 态就是要用户自己进行线程切换，自己管理线程调度，操作系统无需知道线程的存在。（早期线程的提出，操作系统不愿为线程的引入冒险）。
一般情况线程不是单独行动的，他们是团队合作的，那么他们的关系如何？他们通过同步和通信就可以很好的实现协调合作，提高办事效率。
线程的同步：首先你可能会问如何理解同步？同步就是按照一定的规则有序的执行。
先看下面一个例子：假如我们有两个线程同时运行，第一个线程在执行了一些操作后想检查当前的错误状态erron,但是在作出检查之前
，线程2获得了CPU，这时线程2修改了erron。这样，当线程一再次获得控制权后，得到的却是线程2修改的结果，这当然是不对的。以上列子中erron是全局变量，且线程之间的执行是不确定的。要解决问题就要从全局变量和线程执行顺序找问题，让erron私有化，但是这样违背了线程共享资源的初衷，只有在线程的执行顺序上找解决方法，这样就引入了互斥锁。互斥锁通过锁的机制来实现同步，在同一时刻只允许一个线程执行一个段代码，这样就有效的实现了同步问题，真的锁机制就完美的解决了问题？当一个线程独享某个资源时，其他线程是默默等待锁的释放吗？这样不就又降低了程序的执行效率？我们可以让其他线程睡觉或干其他的事，待锁释放之后发送信号进行通知，如果睡觉还好，直接通过信号叫醒，但是你在做其他事时不就又打断了当前所做的事吗？？？？
实现同步的另一个方式是就是使用调件变量，他是利用线程间共享的全局变量进行同步，也就是在满足条件后就会执行某段程序。
线程的通信：估计大家都知道IPC是什么意思，其意思就是线程通行。怎么又扯到进程了？进程的通信其实质就是进程里面的线程的通信。那么我们之前已经知道进程间的几种主要的通信手段；
1、管道：从根本上说，管道是一个线性字节数组，类似文件，使用文件读写方式进行访问，read（），write（）。但却不是文件，通过文件系统看不到管道的存在。管道是一种半双工的通信方式，只能在只有亲缘关系的线程之间使用，shell里面通过“|”来表示管道，表示一个进程的输出做为另一个进程的输入。如：ls -l | grep root.
下面是一段实现父子通信的管道代码
int pp[2];
pipe(pp);
if(fork()==0) {
read(pp[0]);
….....
} else{
write(pp[1]);
….....
}
2、有名管道：和管道比起来有名管道就是多了个名字，单就是这点改变不知是两个字的不同，有名管道可以把没有任何关系的线程连接起来。还有就是有名管道使用时必须调用open将其打开，而管道不需要这样的操作。为什么会这样？因为有名管道存在硬盘上的文件。管道文件在shell下可通过mknod或mkfifo创建。
***@wuyaalan:~$ mknod mypipe p3、信号量：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。她更是一种同步机制。信号量的值的改变通过PV操作来改变。具体P操作就是申请一个资源，V操作释放一个资源。其通过sembuf结构体和semop实现。Semop原型：
int semop (int semid,struct sembuf *sops,size_t nsops)
semid为信号集的标识符；参数sops指向进行操作的结构体数组首地址；参数nsops指出将要进行操作的信号的个数。
4、信号：为什么要引入信号？当然引入信号是有他的道理，前面我们了解了管道了什么的，是不是觉得有点繁琐，拿管道来说，使用之前要先创建管道，这需要消耗系统资源。还有就是发送的消息不一定实时接收。这样我们就有了信号，她要求发送的消息要立刻作出反映，且通信不必事先连接好，临时需要即通信，而且我们的消息要尽量的小。在计算机里，信号就是一个内核对象，或内核数据结构。
5、消息队列：消息队列就是一列有头有尾的消息排列。
6、共享内存：就是开辟一块其他进程都可以访问的内存。共享内存是最快的IPC方式，它往往与其他机制配合使用。
7、套接字：用于不同机器间的进程通信。
