3.1、线程基本编程

　　为了进一步减少处理器的空转时间，支持多处理器以及减少上下文切换开销，进程在演化中出现了另一个概念-----线程。它是进程内独立的一条运行路线，是内核调度的最小单元，也被称为轻量级进程。线程由于具有高效性和可操作性，在嵌入式系统开发中运用的非常广泛，希望读者能够很好地掌握。　　

　　这里要讲的线程相关操作都是用户空间中的线程的操作。在Linux中，一般pthread线程库是一套通用的线程库，是由POSIX提出的，因此具有很好的可移植性。

　　pthread线程库是第三方库，不是标准的C库。代码中有第三方库是，在编译时要在后面加上库名（-lpthread或-pthread），以显示连接该库，如gcc main.c -pthread。

　　线程通过全局变量和堆区来进行通信。

1、函数说明

　　创建线程的流程：创建线程----->执行相应的线程函数---->线程结束

　　创建线程实际上就是确定调用该线程时线程函数的入口点，这里通常使用的函数是pthread_create()。

　　在线程创建以后，就开始运行相关的线程函数，在该函数运行完之后，该线程也就退出了，这也是线程退出一种方法。

　　另一种退出线程的方法是使用函数pthread_exit()，这是线程的主动行为。这里要注意的是，在使用线程函数时，不能随意使用exit()退出函数进行出错处理，由于exit()的作用是使进程终止，往往一个进程包含多个线程，因此，在使用exit()之后，该进程中的所有线程都终止了。因此，在线程中就可以使用pthread_exit()来代替进程中的exit()。

　　由于一个进程中的多个线程是共享数据段的，因此通常在线程退出之后，退出线程所占用的资源并不会随着线程的终止而得到释放。正如进程之间可以用wait()系统调用来同步终止并释放资源一样，线程之间也有类似机制，那就是pthread_join()函数。pthread_join()可以用于将当前线程挂起来等待线程的结束。这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止，当函数返回时，被等待线程的资源就被收回。

　　前面已提到线程调用pthread_exit()函数主动终止自身线程。但是在很多线程应用中，经常会遇到在别的线程中要终止另一个线程的执行的问题。此时调用pthread_cancel()函数实现这种功能，但在被取消的线程的内部需要调用pthread_setcancel()函数和pthread_setcanceltype()函数设置自己的取消状态，例如被取消的线程接收到另一个线程的取消请求之后，是接受还是忽略这个请求；如果接受，是立刻进行终止操作还是等待某个函数的调用等。

2、函数语法

头文件	#include <pthread.h>
函数原型	int pthread_create ((pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine)(void *),void *arg))；
作用	创建线程
参数	thread	线程标识符，指向线程标识符的指针，线程号（ID）
	attr	线程属性设置，NULL表示缺省属性
	start_routine	线程处理函数，参数和返回值都是void*
	arg	传递给线程处理函数start_routine的参数
返回值	成功	0
	失败	返回错误码

 

头文件	#include <pthread.h>
函数原型	void pthread_exit(void *retval);
作用	结束线程
参数	retval	线程结束时的返回值，可由其他函数如pthread_join()来获取
返回值	无

 

头文件	#include <pthread.h>
函数原型	int pthread_join ((pthread_t th, void **thread_return));
作用	该函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止，当函数返回时，被等待线程的资源就被收回。
参数	th	等待线程的标识符
	thread_return	用户定义的指针，用来存储被等待线程结束时的返回值（不为NULL时）
返回值	成功	0
	失败	返回错误码

 

头文件	#include <pthread.h>
函数原型	int pthread_cancel((pthread_t th);
作用	在一个线程中去终止另一个线程
参数	th	要取消的线程的标识符
返回值	成功	0
	失败	返回错误码

 

3、函数使用

以下实例中创建了3个线程，为了更好地描述线程之间的并行执行，让3个线程重用同一个执行函数。每个线程都有5次循环（可以看成5个小任务），每次循环之间会随机等待1～10s的时间，意义在于模拟每个任务的到达时间是随机的，并没有任何特定规律。

/* thread.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

#define THREAD_NUMBER 3 /*线程数*/
#define REPEAT_NUMBER 5 /*每个线程中的小任务数*/
#define DELAY_TIME_LEVELS 10.0 /*小任务之间的最大时间间隔*/


void *thrd_func(void *arg)
{ 
　　int thrd_num = (int)arg;
　　int delay_time = 0;
　　int count = 0;

　　printf("Thread %d is startingn", thrd_num);

　　for (count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count++)
　　{
　　　　delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)) + 1;
　　　　sleep(delay_time);
　　　　printf("tThread %d: job %d delay = %dn",
　　　　thrd_num, count, delay_time);
　　}
　　printf("Thread %d finishedn", thrd_num);
　　pthread_exit(NULL);
}

int main(void)
{
　　pthread_t thread[THREAD_NUMBER];
　　int no = 0, res;
　　void * thrd_ret;
　　srand(time(NULL));

　　for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)
　　{
　　　　/* 创建多线程 */
　　　　res = pthread_create(&thread[no], NULL, thrd_func, (void*)no);
　　　　if (res != 0)
　　　　{
　　　　　　printf("Create thread %d failedn", no);
　　　　　　exit(res);
　　　　}
　　}

　　printf("Create treads successn Waiting for threads to finish...n");
　　for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)
　　{
　　　　/* 等待线程结束 */
　　　　res = pthread_join(thread[no], &thrd_ret);
　　　　if (!res)
　　　　{
　　　　　　printf("Thread %d joinedn", no);
　　　　}
　　　　else
　　　　{
　　　　　　printf("Thread %d join failedn", no);
　　　　}
　　}
　　return 0;
}

以下是程序运行结果。可以看出每个线程的运行和结束是独立与并行的。

$ ./thread
Create treads success
Waiting for threads to finish...
Thread 0 is starting
Thread 1 is starting
Thread 2 is starting
Thread 1: job 0 delay = 6
Thread 2: job 0 delay = 6
Thread 0: job 0 delay = 9
Thread 1: job 1 delay = 6
Thread 2: job 1 delay = 8
Thread 0: job 1 delay = 8
Thread 2: job 2 delay = 3
Thread 0: job 2 delay = 3
Thread 2: job 3 delay = 3
Thread 2: job 4 delay = 1
Thread 2 finished
Thread 1: job 2 delay = 10
Thread 1: job 3 delay = 4
Thread 1: job 4 delay = 1
Thread 1 finished
Thread 0: job 3 delay = 9
Thread 0: job 4 delay = 2
Thread 0 finished
Thread 0 joined
Thread 1 joined
Thread 2 joined