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多线程编程指南

多线程概念

本节介绍多线程的基本概念。

并发性和并行性

在单个处理器的多线程进程中，处理器可以在线程之间切换执行资源，从而执行并发。

在共享内存的多处理器环境内的同一个多线程进程中，进程中的每个线程都可以在一个单独的处理器上并发运行，从而执行并行。如果进程中的线程数不超过处理器的数目，则线程的支持系统和操作环境可确保每个线程在不同的处理器上执行。例如，在线程数和处理器数目相同的矩阵乘法中，每个线程和每个处理器都会计算一行结果。

多线程结构一览

传统的 UNIX 已支持多线程的概念。每个进程都包含一个线程，因此对多个进程进行编程即是对多个线程进行编程。但是，进程同时也是一个地址空间，因此创建进程会涉及到创建新的地址空间。

创建线程比创建新进程成本低，因为新创建的线程使用的是当前进程的地址空间。相对于在进程之间切换，在线程之间进行切换所需的时间更少，因为后者不包括地址空间之间的切换。

在进程内部的线程间通信很简单，因为这些线程会共享所有内容，特别是地址空间。所以，一个线程生成的数据可以立即用于其他所有线程。

在 Solaris 9 和较早的 Solaris 发行版中，支持多线程的接口是通过特定的子例程库实现的。这些子例程库包括用于 POSIX 线程的 libpthread 和用于 Solaris 线程的 libthread。多线程通过将内核级资源和用户级资源分离来提供灵活性。在当前的发行版中，对于这两组接口的多线程支持是由标准 C 库提供的。

用户级线程

线程是多线程编程中的主编程接口。线程仅在进程内部是可见的，进程内部的线程会共享诸如地址空间、打开的文件等所有进程资源。

用户级线程状态

以下状态对于每个线程是唯一的。

由于线程可共享进程指令和大多数进程数据，因此一个线程对共享数据进行的更改对进程内其他线程是可见的。一个线程需要与同一个进程内的其他线程交互时，该线程可以在不涉及操作系统的情况下进行此操作。

注 –

顾名思义，用户级线程不同于内核级线程，只有系统程序员才能处理内核级线程。由于本书面向应用程序程序员，因此将不讨论内核级线程。

线程调度

POSIX 标准指定了三种调度策略：先入先出策略 (SCHED_FIFO)、循环策略 (SCHED_RR) 和自定义策略 (SCHED_OTHER)。SCHED_FIFO 是基于队列的调度程序，对于每个优先级都会使用不同的队列。SCHED_RR 与 FIFO 相似，不同的是前者的每个线程都有一个执行时间配额。

SCHED_FIFO 和 SCHED_RR 是对 POSIX Realtime 的扩展。SCHED_OTHER 是缺省的调度策略。

有关 SCHED_OTHER 策略的信息，请参见LWP 和调度类。

提供了两个调度范围：进程范围 (PTHREAD_SCOPE_PROCESS) 和系统范围 (PTHREAD_SCOPE_SYSTEM)。具有不同范围状态的线程可以在同一个系统甚至同一个进程中共存。进程范围只允许这种线程与同一进程中的其他线程争用资源，而系统范围则允许此类线程与系统内的其他所有线程争用资源。实际上，从 Solaris 9 发行版开始，系统就不再区分这两个范围。

线程取消

一个线程可以请求终止同一个进程中的其他任何线程。目标线程（要取消的线程）可以延后取消请求，并在该线程处理取消请求时执行特定于应用程序的清理操作。

通过 pthread 取消功能，可以对线程进行异步终止或延迟终止。异步取消可以随时发生，而延迟取消只能发生在所定义的点。延迟取消是缺省类型。

线程同步

使用同步功能，可以控制程序流并访问共享数据，从而并发执行多个线程。

共有四种同步模型：互斥锁、读写锁、条件变量和信号。