unix多线程/多进程编程

在Unix操作系统中，多线程和多进程编程是构建高效并发程序的重要手段。本文将深入探讨这两个主题，以及它们在Unix环境下的同步技术。 一、多线程编程 1. 线程定义：线程是程序执行的最小单位，共享同一进程的内存空间和资源。在一个进程中可以创建多个线程，它们可以并发执行，提高系统资源利用率。 2. 创建线程：Unix提供pthread库来支持线程操作。`pthread_create()`函数用于创建新线程，参数包括线程ID（返回）、线程属性、线程入口函数及传递给它的参数。 3. 线程调度：Unix采用抢占式调度，优先级高的线程可能打断正在运行的线程。可以通过`pthread_setschedparam()`调整线程调度策略。 4. 线程同步：为了避免数据竞争，需要同步机制。互斥锁（`pthread_mutex_t`）确保同一时间只有一个线程访问临界区；条件变量（`pthread_cond_t`）允许线程等待特定条件满足；读写锁（`pthread_rwlock_t`）支持读写共享资源。 二、多进程编程 1. 进程定义：进程是程序的一次动态执行过程，拥有独立的内存空间。`fork()`函数在Unix中创建新进程，子进程继承父进程大部分状态。 2. 进程通信：进程间通信（IPC）方法包括管道（pipe）、消息队列、共享内存、信号量等。`pipe()`用于创建双向管道，`msgget()`和`msgrcv()`管理消息队列，`shmget()`分配共享内存，`semget()`创建信号量。 3. 进程同步：与线程同步类似，信号量可用于控制进程对共享资源的访问。`sem_wait()`和`sem_post()`操作信号量，实现进程间的同步。 三、同步技术 1. 互斥量：互斥量是线程和进程同步的基本工具，用于保护临界区，避免竞态条件。`pthread_mutex_lock()`和`pthread_mutex_unlock()`用于锁定和解锁。 2. 条件变量：条件变量允许线程等待某个条件满足后再继续执行。`pthread_cond_wait()`使线程等待，`pthread_cond_signal()`或`pthread_cond_broadcast()`唤醒等待的线程。 3. 信号量：信号量是一种计数器，可以作为资源的数量。`sem_wait()`减少信号量值，当值小于0时阻塞；`sem_post()`增加信号量值，释放资源。 4. 共享内存：通过`mmap()`或`shmat()`将内存区域映射到多个进程，实现数据共享。需配合信号量或互斥锁防止数据不一致。 四、应用实例 在Unix系统中，多线程常用于服务器编程，如Web服务器通过创建多个线程处理并发请求。多进程则常见于大型软件，如数据库系统，每个进程负责一部分工作，通过进程通信协调。 总结，Unix的多线程和多进程编程提供了丰富的并发编程模型，开发者可以根据需求选择合适的方案。理解和熟练掌握线程和进程的创建、同步与通信，是提升Unix系统编程能力的关键。