Linux Day14 :线程的创建与同步

一、简单认知

进程：一个正在运行的程序

线程：进程内部的一个执行路径

头文件：#include<pthread.h>

二、进程与线程的区别

三、线程的实现方式

用户级：开销小，可以创建很多，但不能利用多处理器资源。就算你弄了多了线程，但在内核中你只有一个线程，尽管你有多个处理器，还是通过时间片轮转法来实现并发

内核级：开销大（相对用户级来说），由内核直接管理，可以利用多处理器资源。Linux采用的就是这种

组合：介于这三种之间

在操作系统中，线程的实现有以下三种方式：

◼ 用户级线程 ：用户级线程是完全在用户空间中实现的线程。操作系统内核对其一无所知，只知道进程的存在。用户级线程的创建、调度和管理完全由用户级的线程库完成。由于这些操作不需要内核的介入，所以用户级线程的创建和切换比内核级线程更加快速、高效。然而，由于操作系统对用户级线程一无所知，因此一个阻塞的用户级线程会导致整个进程阻塞，这是用户级线程的一个主要缺点。

◼ 内核级线程 ：内核级线程是直接由操作系统内核支持和管理的线程。内核维护了所有内核线程的上下文信息，并负责线程的调度和切换。因此，内核级线程可以利用多处理器并行性，同时，当一个内核级线程阻塞时，内核可以调度该进程的其他线程执行。然而，内核级线程的创建和切换需要进行用户态到内核态的切换，因此成本比用户级线程高。

◼ 组合级线程：组合级线程是用户级线程和内核级线程的组合，试图结合两者的优点。在这种模型中，一个用户级线程对应于一个或多个内核级线程。这样，即使一个用户级线程阻塞，也不会阻塞整个进程，因为内核可以调度对应的其他内核级线程执行。同时，用户级线程的创建和切换可以在用户空间内完成，避免了频繁的用户态到内核态的切换。

四、一些栗子

1、第一个小栗子

step1:不加睡眠函数

#include
#include
#include
#include
#include
void* fun(void* arg){
    for(int i=0;i<5;i++)
    {
        printf("fun run\n");
    }
}
int main()
{
    pthread_t  id;
    pthread_create(&id,NULL,fun,NULL);
    for(int i=0;i<5;i++)
    {
        printf("main run\n");
        //sleep(1);
    }
    exit(0);
}

结果：

一般是全是主函数，因为在调用线程函数的时候主函数已经执行完毕，Exit(0)了，所以不会打印fun函数

step 2:主函数加上睡眠函数

void* fun(void* arg){
    for(int i=0;i<5;i++)
    {
        printf("fun run\n");
    }
}
int main()
{
    pthread_t  id;
    pthread_create(&id,NULL,fun,NULL);
    for(int i=0;i<5;i++)
    {
        printf("main run\n");
        sleep(1);
    }
    exit(0);
}

2、第二个小栗子

循环打印所在位置

void*thread_fun(void*arg)
{
    int*p=(int*)arg;
    int index=*p;
    for(int i=0;i<3;i++)
    {
        printf("intdex=%d\n",index);
        sleep(1);
    }
}
int main()
{
    pthread_t id[5];
    for(int i=0;i<5;i++)
    {
        pthread_create(&id[i],NULL,thread_fun,(void*)&i);
    }
    for(int i=0;i<5;i++){
        pthread_join(&id[i],NULL);
    }
}

结果

问题：

这里将i的地址传给了fun()参数，解引用后就能得到i的值，这在单线程（一个内核）是没得问题的，但是多核多线程是有的，每个线程同时获取i的地址，但是线程启用是需要花费时间，等打印获取i的值时，那一刻的i不一定是你传入时期的i.

3.第三个小例子

将一个全局变量加到5000

#include
int g_val=1;
 
void*fun(void* arg)
{
    for(int i=0;i<1000;i++)
    {
        printf("val=%d\n",g_val++);
    }
}
int main()
{
    pthread_t id[5];
    int i=0;
    for(;i<5;i++)
    {
        pthread_create(&id[i],NULL,fun,NULL);
    }
     for(i=0;i<5;i++)
    {
        pthread_join(id[i],NULL);
    }
    exit(0);
}

结果不到5000,如果只有一个处理器的话不会出现两个程序并行的情况，但是处理器大于2时，出现两个程序并行。

解决方案：

1.加信号量

#include
#include
#include
#include
#include
#include
int g_val=1;
sem_t sem;
void*fun(void* arg)
{
    for(int i=0;i<1000;i++)
    {
        sem_wait(&sem);
        printf("val=%d\n",g_val++);
        sem_post(&sem);
    }
}
int main()
{
    pthread_t id[5];
    sem_init(&sem,0,1);
    int i=0;
    for(;i<5;i++)
    {
        
        pthread_create(&id[i],NULL,fun,NULL);
        
    }
     for(i=0;i<5;i++)
    {
        pthread_join(id[i],NULL);
    }
    sem_destroy(&sem);
    exit(0);
}

2.加互斥锁

#include
#include
#include
#include
#include
#include
int g_val=1;
pthread_mutex_t mutex;
void*fun(void* arg)
{
    for(int i=0;i<1000;i++)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("val=%d\n",g_val++);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
}
int main()
{
    pthread_t id[5];
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
    int i=0;
    for(;i<5;i++)
    {
        
        pthread_create(&id[i],NULL,fun,NULL);
        
    }
     for(i=0;i<5;i++)
    {
        pthread_join(id[i],NULL);
    }
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    exit(0);
}

留一下一道思考题轮流打印abcabc按照这个顺序，该如何处理