posix 线程详解1.htm

POSIX平台多线程编程指南 通用开放式操作系统的多线程应用指南。

                            <TD><IMG height=16 alt="" 
                              src="POSIX 线程详解1.files/fw_bold.gif" width=16 
                              vspace=3 border=0></TD>
                            <TD width=125>
                              <P><A class=smallplainlink 
                              href="http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/kickstart/">Java 
                              应用开发源动力 － 下载免费软件，快速启动开发</A> 
                        </P></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE><!--END RESERVED FOR FUTURE USE INCLUDE FILES--><BR></TD></TR></TBODY></TABLE>
            <P>级别: 初级</P>
            <P><A 
            href="http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/thread/posix_thread1/index.html#author">Daniel 
            Robbins</A>, 总裁/CEO, Gentoo Technologies, Inc.<BR></P>
            <P>2000 年 7 月 01 日</P>
            <BLOCKQUOTE>POSIX（可移植操作系统接口）线程是提高代码响应和性能的有力手段。在本系列中，Daniel Robbins 
              向您精确地展示在编程中如何使用线程。其中还涉及大量幕后细节，读完本系列文章，您完全可以运用 POSIX 
            线程创建多线程程序。</BLOCKQUOTE><!--START RESERVED FOR FUTURE USE INCLUDE FILES--><!-- include java script once we verify teams wants to use this and it will work on dbcs and cyrillic characters --><!--END RESERVED FOR FUTURE USE INCLUDE FILES-->
            <P><A name=N10046><SPAN class=atitle>线程是有趣的</SPAN></A></P>
            <P>了解如何正确运用线程是每一个优秀程序员必备的素质。线程类似于进程。如同进程，线程由内核按时间分片进行管理。在单处理器系统中，内核使用时间分片来模拟线程的并发执行，这种方式和进程的相同。而在多处理器系统中，如同多个进程，线程实际上一样可以并发执行。</P>
            <P>那么为什么对于大多数合作性任务，多线程比多个独立的进程更优越呢？这是因为，线程共享相同的内存空间。不同的线程可以存取内存中的同一个变量。所以，程序中的所有线程都可以读或写声明过的全局变量。如果曾用 
            fork() 编写过重要代码，就会认识到这个工具的重要性。为什么呢？虽然 fork() 允许创建多个进程，但它还会带来以下通信问题: 
            如何让多个进程相互通信，这里每个进程都有各自独立的内存空间。对这个问题没有一个简单的答案。虽然有许多不同种类的本地 IPC 
            (进程间通信），但它们都遇到两个重要障碍：</P>
            <UL>
              <LI>强加了某种形式的额外内核开销，从而降低性能。 
              <LI>对于大多数情形，IPC 不是对于代码的“自然”扩展。通常极大地增加了程序的复杂性。 </LI></UL>
            <P>双重坏事: 开销和复杂性都非好事。如果曾经为了支持 IPC 
            而对程序大动干戈过，那么您就会真正欣赏线程提供的简单共享内存机制。由于所有的线程都驻留在同一内存空间，POSIX 
            线程无需进行开销大而复杂的长距离调用。只要利用简单的同步机制，程序中所有的线程都可以读取和修改已有的数据结构。而无需将数据经由文件描述符转储或挤入紧窄的共享内存空间。仅此一个原因，就足以让您考虑应该采用单进程/多线程模式而非多进程/单线程模式。</P><BR>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
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                  width="100%"><BR><IMG height=6 alt="" 
                  src="POSIX 线程详解1.files/c.gif" width=8 
            border=0></TD></TR></TBODY></TABLE>
            <TABLE class=no-print cellSpacing=0 cellPadding=0 align=right>
              <TBODY>
              <TR align=right>
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                  <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 border=0>
                    <TBODY>
                    <TR>
                      <TD vAlign=center><IMG height=16 alt="" 
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                      border=0><BR></TD>
                      <TD vAlign=top align=right><A class=fbox 
                        href="http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/thread/posix_thread1/index.html#main"><B>回页首</B></A></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR><BR>
            <P><A name=N1005E><SPAN class=atitle>线程是快捷的</SPAN></A></P>
            <P>不仅如此。线程同样还是非常快捷的。与标准 fork() 
            相比，线程带来的开销很小。内核无需单独复制进程的内存空间或文件描述符等等。这就节省了大量的 CPU 
            时间，使得线程创建比新进程创建快上十到一百倍。因为这一点，可以大量使用线程而无需太过于担心带来的 CPU 或内存不足。使用 fork() 
            时导致的大量 CPU 占用也不复存在。这表示只要在程序中有意义，通常就可以创建线程。</P>
            <P>当然，和进程一样，线程将利用多 
            CPU。如果软件是针对多处理器系统设计的，这就真的是一大特性（如果软件是开放源码，则最终可能在不少平台上运行）。特定类型线程程序（尤其是 
            CPU 密集型程序）的性能将随系统中处理器的数目几乎线性地提高。如果正在编写 CPU 
            非常密集型的程序，则绝对想设法在代码中使用多线程。一旦掌握了线程编码，无需使用繁琐的 IPC 
            和其它复杂的通信机制，就能够以全新和创造性的方法解决编码难题。所有这些特性配合在一起使得多线程编程更有趣、快速和灵活。</P><BR>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD><IMG height=1 alt="" src="POSIX 线程详解1.files/blue_rule.gif" 
                  width="100%"><BR><IMG height=6 alt="" 
                  src="POSIX 线程详解1.files/c.gif" width=8 
            border=0></TD></TR></TBODY></TABLE>
            <TABLE class=no-print cellSpacing=0 cellPadding=0 align=right>
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              <TR align=right>
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                  <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 border=0>
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                    <TR>
                      <TD vAlign=center><IMG height=16 alt="" 
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                      <TD vAlign=top align=right><A class=fbox 
                        href="http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/thread/posix_thread1/index.html#main"><B>回页首</B></A></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR><BR>
            <P><A name=N1006A><SPAN class=atitle>线程是可移植的</SPAN></A></P>
            <P>如果熟悉 Linux 编程，就有可能知道 __clone() 系统调用。__clone() 类似于 
            fork()，同时也有许多线程的特性。例如，使用 
            __clone()，新的子进程可以有选择地共享父进程的执行环境（内存空间，文件描述符等）。这是好的一面。但 __clone() 
            也有不足之处。正如__clone() 在线帮助指出：</P>
            <BLOCKQUOTE>“__clone 调用是特定于 Linux 
              平台的，不适用于实现可移植的程序。欲编写线程化应用程序（多线程控制同一内存空间），最好使用实现 POSIX 1003.1c 线程 
              API 的库，例如 Linux-Threads 库。参阅 pthread_create(3thr)。” </BLOCKQUOTE>
            <P>虽然 __clone() 有线程的许多特性，但它是不可移植的。当然这并不意味着代码中不能使用它。但在软件中考虑使用 
            __clone() 时应当权衡这一事实。值得庆幸的是，正如 __clone() 在线帮助指出，有一种更好的替代方案：POSIX 
            线程。如果想编写 <B>可移植的</B> 多线程代码，代码可运行于 Solaris、FreeBSD、Linux 和其它平台，POSIX 
            线程是一种当然之选。 </P><BR>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD><IMG height=1 alt="" src="POSIX 线程详解1.files/blue_rule.gif" 
                  width="100%"><BR><IMG height=6 alt="" 
                  src="POSIX 线程详解1.files/c.gif" width=8 
            border=0></TD></TR></TBODY></TABLE>
            <TABLE class=no-print cellSpacing=0 cellPadding=0 align=right>
              <TBODY>
              <TR align=right>
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                  width="100%"><BR>
                  <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 border=0>
                    <TBODY>
                    <TR>
                      <TD vAlign=center><IMG height=16 alt="" 
                        src="POSIX 线程详解1.files/u_bold.gif" width=16 
                      border=0><BR></TD>
                      <TD vAlign=top align=right><A class=fbox 
                        href="http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/thread/posix_thread1/index.html#main"><B>回页首</B></A></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR><BR>
            <P><A name=N1007C><SPAN class=atitle>第一个线程</SPAN></A></P>
            <P>下面是一个 POSIX 线程的简单示例程序：</P><BR><A 
            name=N10085><B>thread1.c</B></A><BR>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=5 width="100%" bgColor=#eeeeee 
            border=1>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD><PRE><CODE class=section>
#include &lt;pthread.h&gt;
#include &lt;stdlib.h&gt;
#include &lt;unistd.h&gt;

 void *thread_function(void *arg) {
  int i;
  for ( i=0; i&lt;20; i++) {
    printf("Thread says hi!\n");
    sleep(1);
  }
  return NULL;
}

int main(void) {

  pthread_t mythread;
  
  if ( pthread_create( &amp;mythread, NULL, thread_function, NULL) ) {
    printf("error creating thread.");
    abort();
  }

  if ( pthread_join ( mythread, NULL ) ) {
    printf("error joining thread.");
    abort();
  }

  exit(0);

}
</CODE></PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
            <P>要编译这个程序，只需先将程序存为 thread1.c，然后输入：</P>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=5 width="100%" bgColor=#eeeeee 
            border=1>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD><PRE><CODE class=section>
$ gcc thread1.c -o thread1 -lpthread
</CODE></PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
            <P>运行则输入：</P>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=5 width="100%" bgColor=#eeeeee 
            border=1>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD><PRE><CODE class=section>
$ ./thread1
</CODE></PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR><BR>
            <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD><IMG height=1 alt="" src="POSIX 线程详解1.files/blue_rule.gif" 
                  width="100%"><BR><IMG height=6 alt="" 
                  src="POSIX 线程详解1.files/c.gif" width=8 
            border=0></TD></TR></TBODY></TABLE>
            <TABLE class=no-print cellSpacing=0 cellPadding=0 align=right>
              <TBODY>
              <TR align=right>
                <TD><IMG height=4 alt="" src="POSIX 线程详解1.files/c.gif" 
                  width="100%"><BR>
                  <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 border=0>
                    <TBODY>
                    <TR>
                      <TD vAlign=center><IMG height=16 alt="" 
                        src="POSIX 线程详解1.files/u_bold.gif" width=16 
                      border=0><BR></TD>
                      <TD vAlign=top align=right><A class=fbox 
                        href="http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/thread/posix_thread1/index.html#main"><B>回页首</B></A></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR><BR>
            <P><A name=N1009D><SPAN class=atitle>理解 thread1.c</SPAN></A></P>
            <P>thread1.c 
            是一个非常简单的线程程序。虽然它没有实现什么有用的功能，但可以帮助理解线程的运行机制。下面，我们一步一步地了解这个程序是干什么的。main() 
            中声明了变量 mythread，类型是 pthread_t。pthread_t 类型在 pthread.h 中定义，通常称为“线程 
            id”（缩写为 "tid"）。可以认为它是一种线程句柄。</P>
            <P>mythread 声明后（记住 mythread 只是一个 "tid"，或是将要创建的线程的句柄），调用 
            pthread_create 函数创建一个真实活动的线程。不要因为 pthread_create() 在 "if" 
            语句内而受其迷惑。由于 pthread_create() 执行成功时返回零而失败时则返回非零值，将 pthread_create()