Linux系统设计-Linux系统调用

# 线程 ## 特点 - 主线程退出时，子线程会被强制结束 - 线程之间共享全局变量 ## 函数 1. 创建一个线程 ```c int pthread_create( pthread_t *thread,//线程id(unsigned long int) const pthread_attr_t *attr,//线程属性 void *(*start_routine) (void *),//线程处理函数 void *arg//参数 ); ``` - * thread:传出参数，线程创建后会被设置一个合适的值 - * attr:设置线程分离，默认NULL(父子进程不分离，需要手动去回收线程pcb) - * - int pthread_attr_init(pthread_attr\* attr);//初始化 - * - 设置线程分离属性 ```c int pthread_attr_setdetachstate( pthread_attr_t* attr,//线程属性 int detachstate//PTHREAD_CREATE_DETACHED(分离) ..._JOINABLE(不分离) ) ``` - * start_routine:子线程处理函数 - * arg:传给回调函数的参数 - * 返回值：成功返回0，不成功返回错误号 2. 单个退出线程 - * void pthread_exit(void\* retval); - * - retval:必须指向全局或者堆 3. 堵塞等待线程退出，获取线程退出状态 - * int pthread_join(pthread_t thread, void\*\* retval); - * - thread:要回收的子线程的线程id - * - retval:读取线程退出时携带的状态信息 ```c pthread_t pthid; int ret = pthread_create(pthid, NULL, myfunc, NULL); void* ptr; pthread_join(pthid, &ptr); ``` 4. 线程分离 - * int pthread_detach(pthread_t thread); - * 调用该函数之后不需要pthread_join - * 子线程会自动回收自己的pcb 5. 杀死线程 - * int pthread_cancel(pthread_t thread); - * 注意 - * - 再要杀死的子线程对应的处理函数的内部，必须做过一次系统调用 - * - write read printf ... 6. int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2); - * 判断两个线程ID是否相等 预留函数 ## 线程同步 ### 互斥量（互斥锁） - 类型：pthread_mutex_t mutex; - 特点： - * 多个线程串行访问共享数据 - * 效率低 - 使用步骤： - 1. 创建一个互斥锁 pthread_mutex_t mutex; - 2. 初始化 pthread_mutex_init(&mutex, NULL); - 3. 加锁 pthread_mutex_lock(&mutex); - 4. 解锁 pthread_mutex_unlock(&mutex); - 相关函数介绍 ``` //初始化锁 pthread_mutex_init( pthread_mutex_t* restrict mutex,//锁 const pthread_mutexattr_t* restrict attr//锁的属性 ); //销毁锁（释放） pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t* mutex); //加锁会堵 直到锁打开为止 pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* mutex); //尝试加锁不堵塞，成功返回0 pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t* mutex); //解锁 pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* mutex); ``` ### 读写锁 - 类型：pthread_rwlock_t lock; - 读锁：对内存做读操作 - 写锁：对内存做写操作 #### 读写锁的特性 - 线程A加读锁成功，又来三个变量做读操作，可以加锁成功 - 线程A加写锁成功，又来三个线程做读操作，三个线程堵塞 - 线程A加读锁成功，有来了线程B加写锁堵塞，又来了线程C加读锁堵塞 - 读共享、写独占、写优先级高、 #### 读写锁场景练习 1. 线程A加写锁成功，然后线程B请求读锁？失败 2. 线程A加读锁成功，然后线程B请求写锁？堵塞 3. 线程A加读锁成功，然后线程B请求读锁？成功 4. 线程A加读锁成功，然后线程B请求写锁？失败。然后线程C请求读锁？失败 5. 线程A加写锁成功，然后线程B请求读锁，然后线程C请求写锁， - * BC堵塞 - * A解锁，C加写锁成功，B继续堵塞 - * C解锁，B加读锁成功。 注：程序中读操作较多是建议使用读写锁 #### 读写锁操作函数 ```c pthread_relock_t rwlock;//定义一把读写锁 //初始化读写锁 pthread_rwlock_init( pthread_relock_t* restrict rwlock, const pthread_ewlockattr* restrict attr ); //销毁读写锁 pthread_rwlock_destroy(phread_rwlock_t* rwlock); //加读锁 pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t* rwlock); //尝试加读锁 成功返回0 错误返回错误号 pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t* rwlock); //加写锁 pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t* rwlock); //尝试加写锁 pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t* rwlock); //解锁 pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t* rwlock); ``` 练习：3个线程不定时写同一全局资源，5个线程不定时读同一全局资源 ### 条件变量 - 读写锁不是什么时候都能堵塞线程 - 条件变量：在不满足条件时堵塞线程 ```c pthread_cond_t cond; //初始化体格天剑变量 pthread_cond_init( pthread_cond_t* restrict cond, const pthread_condattr* restrict attr ); //销毁条件变量 pthread_cond_destroy(pthread_cond_t* cond); //堵塞等待一个条件变量 //堵塞线程,将已经上锁的mutex解锁 pthread_cond_wait( pthread_cond_t* cond, pthread_mutex_t* restrict mutex ); //限时等待一个条件变量,将已经加锁的mutex解锁 struct timespec abstime; time_t cur = time(NULL); abstime.tv_sec = cur+1; pthread_cond_timedwait( pthread_cond_t* cond, pthread_mutex_t* restrict mutex, const struct timespec* restrict abstime ); //唤醒堵塞的进程并对互斥锁mutex加锁 pthread_cond_signal(pthread_cond_t* cond);//唤醒至少一个 pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t* cond);//唤醒全部 ``` #### 生产者消费者模型 ```C //消费者 while(true) { //判断是不是有烧饼 pthread_mutex_lock(); if(head == NULL) { pthread_cond_wait(&cond, &mutex);//堵塞等待 } //吃烧饼 pthread_mutex_unlock(); sleep(1); } //生产者 while(true) { //创建一个节点（烧饼） pthread_mutex_lock(&mutex); //节点插入到链表 pthread_mutex_unlock(&mutex); pthread_cond_signal(cond);//通知堵塞的消费者解除堵塞 } ``` ### 信号量 - #include <semaphore.h> - 类型：sem_t sem;//加强版的互斥锁 - 函数 ```c //初始化信号量 sem_init( sem_t* sem, int pshared,//1 进程同步， 0线程同步 unsigned int value//信号量个数 ); //销毁信号量 sem_destroy(sem_t* sem); //加锁-- sem_wait(sem_t* sem); //尝试枷锁 成功返回0 不成功返回错误号 sem_trywait(sem_t* sem); //限时尝试枷锁 sem_timedwait(sem_t* sem, xxxx); //解锁++ sem_post(sem_t* sem); ``` ### 哲学家就餐问题