Liunx系统编程篇—多线程编程(一)进程与线程的区别、线程的优点、线程开发常用API

进程与线程的区别

进程:

进程是程序执行时的一个实例,是担当分配系统资源(CPU时间、内存等)的基本单位。

在面向线程设计的系统中,进程本身不是基本运行单位,而是线程的容器

程序本身只是指令、数据及其组织形式的描述。
进程才是程序(那些指令和数据)的真正运行实例。

典型的UNIX/Linux进程可以看成只有一个控制线程:一个进程在同一时刻只做一件事情。
有了多个控制线程后,在程序设计时可以把进程设计成在同一时刻做不止一件事,每个线程各自处理独立的任务

线程:

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。

它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。线程包含了表示进程内执行环境必须的信息,其中包括进程中表示线程的线程ID、一组寄存器值、栈、调度优先级和策略、信号屏蔽字、errno常量以及线程私有数据。进程的所有信息对该进程的所有线程都是共享的,包括可执行的程序文本、程序的全局内存和堆内存、栈以及文件描述符。在Unix和类Unix操作系统中线程也被称为轻量级进程(lightweight processes),但轻量级进程更多指的是内核线程(kernel thread),而把用户线程(user thread)称为线程。

进程——资源分配的最小单位,线程——程序执行的最小单位

进程有独立的地址空间,一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其它进程产生影响,而线程只是一个进程中的不同执行路径。

线程有自己的堆栈和局部变量,但线程没有单独的地址空间,一个线程死掉就等于整个进程死掉,所以多进程的程序要比多线程的程序健壮,但在进程切换时,耗费资源较大,效率要差一些。

但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作,只能用线程,不能用进程。

线程的优点

(本部分摘自Linux多线程编程(不限Linux))

从上面我们知道了进程与线程的区别,其实这些区别也就是我们使用线程的理由。总的来说就是:进程有独立的地址空间,线程没有单独的地址空间(同一进程内的线程共享进程的地址空间)。

相对于进程的优点:

优点一:线程的空间开销小、线程间彼此切换时间短

它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。我们知道,在Linux系统下,启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间,建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段,这是一种"昂贵"的多任务工作方式。
而运行于一个进程中的多个线程,它们彼此之间使用相同的地址空间共享大部分数据,启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间,而且,线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。据统计,总的说来,一个进程的开销大约是一个线程开销的30倍左右,当然,在具体的系统上,这个数据可能会有较大的区别。

优点二:线程间方便的通信机制

使用多线程的优点之二是线程间方便的通信机制。
  对不同进程来说,它们具有独立的数据空间,要进行数据的传递只能通过通信的方式进行,这种方式不仅费时,而且很不方便。
  对于线程来说,由于同一进程下的线程之间共享数据空间,所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用,这不仅快捷,而且方便。
  
  当然,数据的共享也带来其他一些问题,有的变量不能同时被两个线程所修改,有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击,这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。

作为多任务、并发的工作方式的其他优点:

除了以上所说的优点外,不和进程比较,多线程程序作为一种多任务、并发的工作方式,当然有以下的优点:

1、提高应用程序响应。

这对图形界面的程序尤其有意义,当一个操作耗时很长时,整个系统都会等待这个操作,此时程序不会响应键盘、鼠标、菜单的操作,而使用多线程技术,将耗时长的操作(time consuming)置于一个新的线程,可以避免这种尴尬的情况。

2、使多CPU系统更加有效。

操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时,不同的线程运行于不同的CPU上。

3、改善程序结构。

一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程,成为几个独立或半独立的运行部分,这样的程序会利于理解和修改。

线程开发常用API

多线程开发在 Linux 平台上已经有成熟的 pthread 库支持。
其涉及的多线程开发的最基本概念主要包含三点:1、线程,2、互斥锁,3、条件。

线程操作:

线程操作包括3 种线程的创建,退出,等待。

互斥锁:

互斥锁则包括 4 种操作,分别是创建,销毁,加锁和解锁。

条件操作:

条件操作有 5 种操作:创建,销毁,触发,广播和等待。

其他的一些线程扩展概念,如信号灯等,都可以通过上面的三个基本元素的基本操作封装出来。详细请见下表:
在这里插入图片描述

实例:线程共享空间验证

demo.c

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
//int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);
//int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
//void pthread_exit(void *retval);
int a=0;
void *func1(void *arg)
{
    
    
        while(1){
    
    
                a++;
                printf("t1:a=%d\n",a);
                sleep(1);
        }
}
void *func2(void *arg)
{
    
    
        while(1){
    
    
                a++;
                printf("t2:a=%d\n",a);
                sleep(1);
        }
}
int main()
{
    
    
        int ret1=0;
        int ret2=0;
        //int *pret = NULL;
        pthread_t t1;
        ret1=pthread_create(&t1,NULL,func1,NULL);
        pthread_t t2;
        ret2=pthread_create(&t2,NULL,func2,NULL);
        if((ret1||ret2)!=0){
    
    
                printf("main:create thread failure\n");
        }
        while(1){
    
    
                a++;
                printf("main:a=%d\n",a);
                sleep(1);
        }
        return 0;
}

实验结果:

在这里插入图片描述

参考文献:Linux多线程编程初探

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转载自blog.csdn.net/weixin_44933419/article/details/113435080