嵌入式系统/ARM技术中的基于Linux系统下的多线程简单编程_嵌入式系统技术是一项复杂的技术资源-CSDN文库

嵌入式系统/ARM技术

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嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的基于技术中的基于Linux系统下的多线程简单编程系统下的多线程简单编程

引言　　早在60年代线程（ thread, 在台湾称作执行绪是"进程"中某个单一顺序的控制流。）技术就被提出，但

真正应用多线程到操作系统中去却是在80年代中期。这就不得不说个人了，他就是solaris，这方面的佼佼者。

传统的Unix也支持线程的概念，但是在一个进程（process，是操作系统结构的基础；是一个正在执行的程序；

计算机中正在运行的程序实例；可以分配给处理器并由处理器执行的一个实体；由单一顺序的执行显示，一个

当前状态和一组相关的系统资源所描述的活动单元。）中只允许有一个线程，这样多线程就意味着多进程。这

样就大大影响了效率。现在，多线程技术已经被许多操作系统所支持，包括Windows

引言引言

　　早在60年代线程（ thread, 在台湾称作执行绪是"进程"中某个单一顺序的控制流。）技术就被提出，但真正应用多线程到

操作系统中去却是在80年代中期。这就不得不说个人了，他就是solaris，这方面的佼佼者。传统的Unix也支持线程的概念，但

是在一个进程（process，是操作系统结构的基础；是一个正在执行的程序；计算机中正在运行的程序实例；可以分配给处理

器并由处理器执行的一个实体；由单一顺序的执行显示，一个当前状态和一组相关的系统资源所描述的活动单元。）中只允许

有一个线程，这样多线程就意味着多进程。这样就大大影响了效率。现在，多线程技术已经被许多操作系统所支持，包括

Windows/NT，当然，也包括Linux。就比如以前你能看网页就不能玩游戏，玩了游戏就不能看网页，而现在你能边玩游戏边

看网页上的东西了。所以说我们现在可以边听音乐边写文，或者看网上的书都有着多线进程的功劳。接下来让我们首先了解下

进程，线程以及多线程。

简介进程，线程以及多线程简介进程，线程以及多线程

　　在Linux 操作系统中，一个进程（Process）相当于一个任务（Task），进程具有一段可执行的程序、专用的系统堆栈空

间、私有的"进程控制块"（即task_struct 数据结构）和独立的存储空间。

　　内核空间是通过进程模拟线程的，在用户空间用pthread 创建线程。与进程相似，但是没有自己的存储空间。　

接着我们说说多线程。通常单独一个程序运行时，缺省的包含一个主线程，主线程以函数地址的形式（如main 函数）提供

程序的启动点，这就是单进程单线程的情况。若在main 函数中创建多个线程，则该程序运行时，操作系统为每个线程分配不

同的CPU 时间片，并根据线程优先级进行调度。由于每个时间片时间很短，看上去好象各个线程是并发执行的，实际上同一

时刻只有一个线程在运行，这就是单进程多线程的情况。若用fork 函数创建多个进程，而每个进程只采用默认的一个主线程，

则程序运行时，由内核调度操作系统，将cpu 分配给各个进程使用，这就是多进程的情况。

　　在前面我们知道了进程，线程以及多线程。但是我们还不知道为什么在有了进程的概念后，还要再引入线程呢？有必要性

吗？使用多线程好处在哪里？什么的系统应该选用多线程？现在我们就来回答这些问题。

　　我们使用多线程的第一个理由是和进程相比，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，

总的说来两者相差20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。但是相差很是明显的。

　　我们使用多线程的第二个理由是线程间方便的通信机制。每个不同进程，它们都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。线程则不一样，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。

　　知道了以上两大优点，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，当然还有着以下的优点：

　　1 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。　　

2 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。就如我们常遇到的因为某件程序机子卡了，什么事情都不能做了。现在当然我们可以把那个导致卡机的程序关

掉一切问题就解决了。但是在没有多线程程序的那会就不能这么做了，只能干等那个程序完全运行起来。　　

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。

　　总的来说可以把一个正在运行的软件看做一个进程，就像一个大的管道，这个管道不运送什么东西，但里面有很多个小的

管道，每个小管负责的东西不同~~而这些小管道就可以看做是一个个线程~如果运行的是一个单线程的程序的话，而这个线程

需要连续运行几个功能时，如果正在运行的那个功能因碰到一个等待或者睡眠的指令的话，他就会停在那里不做任何事，此是

这个CPU就空闲在那里，同时还会等待知道程序重新继续运行~~如果使用多线程技术，那么可以把这几个功能同时（并不是

绝对意义上的同时）运行，当其中一个功能遇到睡眠指令的时候，其他没有睡眠的继续运行，这个可以花更短的时间，让

CPU更充分的被利用来完成需要的事情，线程通常共享一个代码区，但有各自独立的数据存储区。

　　当然每件事都有两面性，在这里也是一样的。在单cpu 的机器上，采用多进程单线程（每个进程只创建一个线程）和单

进程多线程（一个进程创建多个线程）模型来设计程序，后者（多线程）的上下文切换开销就比前者要小的多。虽然多线程提

供的优点是单个线程的进程所欠缺的，但是它们也不乏一些缺点：

　　* 由于线程间共享存储器和进程状态，一个线程的动作可能会对同一个进程中的其他线程产生影响。例如当两个线程同一

时刻访问同一个变量时，他们之间就会产生相互干扰。

　　* 当多个线程试图并发调用同一个库函数时，返回结果是不可预知的。如果多个线程调用某个库函数，线程之间必须互

相加以协调，确保某个时刻只有一个线程调用该库函数。

　　* 缺乏健壮性，在单线程的操作系统中，如果某个存储器出错，操作系统会终止引发故障的进程，但是在多线程操作系

统中，如果一个线程出错，操作系统将终止整个进程，从而其他的无关线程也被终止了。这与线程的正常终止是不同的。线

程正常终止时可以通过调用exit 函数终止它所在的整个进程，也可以终止自己而不影响进程内的其他线程。可以在主线程返

回时终止该线程，也可以调用pthreaad_exit 终止该线程。　　

接下来让我们就先来尝试编写一个简单的多线程程序。

　　简单的多线程编程简单的多线程编程

　　Linux系统下的多线程遵循POSIX（可移植操作系统接口）线程接口，称为pthread。编写基于Linux下的多线程程序，需

要使用头文件pthread.h，连接时需要使用库libpthread.a。顺便说一下，Linux下pthread的实现是通过系统调用clone（）来实

现的。clone（）是Linux所特有的系统调用，它的使用方式类似fork，关于clone（）的详细情况，有兴趣的话可以查看相关书

籍。下面我们展示两个个最简单的多线程程序example1.c和pthread_create.c 。

首先来看下多线程程序example1.c

/* example.c*/

#include <stdio.h>

#include <pthread.h>

void thread(void)

{

　int i;

　for(i=0;i<3;i )

　　printf("This is a pthread.n");

}

int main(void)

{

　pthread_t id;

　int i,ret;

　ret=pthread_create(&id,NULL,(void *) thread,NULL);

　if(ret!=0){

　　printf ("Create pthread error!n");

　　exit (1);

　}

　for(i=0;i<3;i )

　　printf("This is the main process.n");

　pthread_join(id,NULL);

　return (0);

}

　　我们编译此程序：

gcc example1.c -lpthread -o example1

　　运行example1，我们得到如下结果：

This is the main process.

This is a pthread.

This is the main process.

This is a pthread.

　　再次运行，我们可能得到如下结果：

This is a pthread.

This is the main process.

This is a pthread.

This is the main process.

This is a pthread.

This is the main process.

　　前后两次结果不一样，这是两个线程争夺CPU资源的结果。上面的示例中，我们使用到了两个函数，pthread_create和

pthread_join，并声明了一个pthread_t型的变量。

　　pthread_t在头文件/usr/include/bits/pthreadtypes.h中定义：

　　typedef unsigned long int pthread_t;

　　它是一个线程的标识符。函数pthread_create用来创建一个线程，它的原型为：

extern int pthread_create __P ((pthread_t *__thread, __const pthread_attr_t *__attr,void *(*__start_routine)

(void *), void *__arg));

　　第一个参数为指向线程标识符的指针，第二个参数用来设置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个

参数是运行函数的参数。这里，我们的函数thread不需要参数，所以最后一个参数设为空指针。第二个参数我们也设为空指

针，这样将生成默认属性的线程。对线程属性的设定和修改我们将在下一节阐述。当创建线程成功时，函数返回0，若不为0

则说明创建线程失败，常见的错误返回代码为EAGAIN和EINVAL。前者表示系统限制创建新的线程，例如线程数目过多了；

后者表示第二个参数代表的线程属性值非法。在创建线程成功后，新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数，原来的线

程则继续运行下一行代码。

　　函数pthread_join用来等待一个线程的结束。函数原型为：

　　extern int pthread_join __P （（pthread_t __th, void **__thread_return））；

　　第一个参数为被等待的线程标识符，第二个参数为一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值。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，被等待线程的资源被收回。一个

线程的结束有两种途径，一种是象我们上面的例子一样，函数结束了，调用它的线程也就结束了；另一种方式是通过函数

pthread_exit来实现。它的函数原型为：

　　extern void pthread_exit __P （（void *__retval）） __attribute__ （（__noreturn__））；

　　唯一的参数是函数的返回代码，只要pthread_join中的第二个参数thread_return不是NULL，这个值将被传递给

thread_return。最后要说明的是，一个线程不能被多个线程等待，否则第一个接收到信号的线程成功返回，其余调用

pthread_join的线程则返回错误代码ESRCH。

　　我们来看看pthread_create.c是怎么样的。

　　********************************************************************************************

　　** Name:pthread_create.c

　　** Used to study the multithread programming in Linux OS

　　** Author:zeickey

　　** Date:2006/9/16

　　*********************************************************************************************/

　　#include

　　void *myThread1（void）

　　{

　　int i;

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