• Linux系统编程

基础知识

  • 使用man命令，可以查看Linux手册，man是manual的命令缩写，其中文意思就是手册的意思。
  • 我们要查看一个命令或函数的使用方法，我们就可以使用man 命令或man 函数
  • 例如：我们要查看getpid的用法，就可以执行man getpid，就可以查看手册中getpid这个函数的用法

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  • 在OS中进程是一个非常重要的概念，之后能让我们更方便理解进程，我们就先介绍另一个命令pstree，这个命令我们用来查看操作系统的进程树。我们可以使用进程树来辅助理解或者调试一些程序。pstree这个命令有一些相关的参数，接下来介绍一些常用的参数。

    • -p：输出进程树，并且会输出进程号
    • -a：显示进程树，并且显示每个进程对应的目录文件

  • 接下来我们使用pstree -p命令查看一下具体的进程树：

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fork()函数

  • 在理解fork函数之前我们先需要介绍一下进程，在操作系统中我们在运行中的程序就相当于一个进程，而每个进程都会有一个进程号（pid），并且进程具有树状关系，一个进程可以创建一个新进程，而这个新进程就相当于是该进程的一个子进程。
  • 在一个进程中，我们可以使用getpid()获取当前进程所对应的进程号，我们还可以使用getppid()获取当前进程所对应父进程的进程号。

线程相关

pthread_create()函数

  • 会详细介绍pthread_create函数还会详细介绍pthread_join()函数

  • pthread_create()，这个函数是Linux系统提供的一个函数，作用是在当前进程中创建一个线程。接下来说明一下这个函数是如何使用的。

    • 首先要使用这个函数，首先要包含头文件#include<pthread.h>。
    • 使用gcc编译链接的时候还需要使用-pthread命令来进行编译。
    • 这个函数的功能：在我们调用pthread_create()函数的进程中，就会在该进程中调用一个线程。这个线程会开始执行下面pthread_create()函数中第3个参数（即函数指针）指向的函数。
    • 注意：被指向的函数也有要求，这个函数参数要求传递void *，返回值也要求是void *，但是这并不意味着这个函数没有传递参数，具体请看下面例子，即指向void类型的指针。这个指针所指向的函数就是我们线程要执行的内容。

  • 现在说明一下这个函数的参数和返回值：

    • pthread_t类型：实际上该类型就是一个无符号整型，只是使用了这个语句进行定义typedef unsigned long int pthread_t;
    • pthread_t *thread：传入的是一个指向线程ID的指针。这也就是说，我们可以自定义线程ID，并不像创建一个子进程，这个进程号是系统给的。
    • pthread_attr_t *attr：pthread_attr_t是一个结构体，所以*attr是结构体类型的指针，其指向的是pthread_attr_t。这个结构体指针，这个参数就是用来决定新线程的属性。如果该线程没有属性，就使用NULL作为参数。
    • void *(*start_routine)(void *)：start_routine是一个函数指针，这个指针指向的函数地址就是线程要执行的内容。
    • void *arg：传递给线程函数的参数，没有任何参数就填NULL
    • 返回值：创建成功就会返回0，创建失败就会返回一个特定的非零值。
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int pthread_create
    (pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);

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  • 接下来举一个例子：
    • 就是创建一个线程，使得线程执行thread_function
    • 但是这个代码的执行结果不符合我们的预期，原因是进程创建完线程就结束了，进程结束会导致线程也被终止，线程是依赖于进程的，其资源属于进程
    • 所以这时我们需要在创建完线程后，让进程执行while循环，以确保进程不结束，这样就得到了预期结果
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// gcc 6_thread,c -pthread
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

void *thread_function(void *arg);

int main(void)
{
        pthread_t pthread;
        int ret;
        ret = pthread_create(&pthread, NULL, thread_function, NULL);
        if (ret != 0)
        {
                perror("pthread_create");
                exit(1);
        }
        while(1); // 之后添加的
        return 0;
}


void *thread_function(void *arg)
{
        printf("Thread begins running\n");

        while(1)
        {
                printf("Hello world\n");
                sleep(1);
        }
        return NULL;
}

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  • 但是这个代码还是有问题，因为线程进入死循环了，现在我们继续修改这个代码，使得线程有限次循环。
  • 但是还会出现问题，这个线程结束后进程还会在等待中，这样程序一直不会结束
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// gcc 6_thread,c -pthread
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

void *thread_function(void *arg);

int main(void)
{
        pthread_t pthread;
        int ret;
        ret = pthread_create(&pthread, NULL, thread_function, NULL);
        if (ret != 0)
        {
                perror("pthread_create");
                exit(1);
        }
        while(1); // 之后添加的
        return 0;
}


void *thread_function(void *arg)
{
    	int i;
        printf("Thread begins running\n");

        for(i=0; i < 10 ; i++)
        {
                printf("Hello world\n");
                sleep(1);
        }
        return NULL;
}

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  • 接下来我们继续改进该程序，使得进程能够接受到线程结束。这个时候需要使用到pthread_join()这个函数。
    • 这个函数就是等待我们创建的线程结束。线程结束，这个函数将立刻返回；线程没结束，这个函数将阻塞进程。
    • 这个函数有两个参数和int类型的返回值int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
      • pthread_t thread：线程ID，pthread_join要等待什么线程结束
      • void **retval：结束状态，如果这个指针不是空指针，将保存目标线程的退出状态，如果不想保存就使用NULL
      • 返回值：调用成功返回0
  • 接下来继续优化代码：
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// gcc 6_thread,c -pthread
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

void *thread_function(void *arg);

int main(void)
{
        pthread_t pthread;
        int ret;
        ret = pthread_create(&pthread, NULL, thread_function, NULL);
        if (ret != 0)
        {
                perror("pthread_create");
                exit(1);
        }
        pthread_join(pthread,NULL);
        printf("Thre thread is over,process is over too.\n");
        return 0;
}


void *thread_function(void *arg)
{
        int i;
        printf("Thread begins running\n");

        for(i = 0;i < 10; i++)
        {
                printf("Hello world\n");
                sleep(1);
        }
        return NULL;
}

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  • 接下来我们继续改进该程序，让我们的进程指定线程循环的次数。这时就需要用上pthread_create()函数的最后一个参数* argv

  • 但是如果我们按照正常指针来使用这个参数，在编译的时候就会发生错误，因为传递的是void类型的指针，这时需要转换为整型类型的指针

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  • 最终代码如下：
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// gcc 6_thread,c -pthread
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

void *thread_function(void *arg);

int main(void)
{

        pthread_t pthread;
        int ret;
        int count = 5;
        ret = pthread_create(&pthread, NULL, thread_function, &count);
        if (ret != 0)
        {
                perror("pthread_create");
                exit(1);
        }
        pthread_join(pthread,NULL);
        printf("Thre thread is over,process is over too.\n");
        return 0;
}


void *thread_function(void *arg)
{
        int i;
        printf("Thread begins running\n");

        for(i = 0;i < *(int *)arg; i++)
        {
                printf("Hello world\n");
                sleep(1);
        }
        return NULL;
}

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多线程

线程之间通信