并发编程

线程

原理：一个操作系统(OS)包含许多并发进程。在进程模型中，进程是独立的执行单元。线程是某进程同一地址空间上的独立执行单元。创建某个进程就是在一个唯一地址空间创建一个主线程。当某进程开始时，就会执行该进程的主线程。如果只有一个主线程，那么进程和线程实际上并没有区别。但是，主线程可能会创建其他线程。每个线程又可以创建更多的线程等。某进程的所有线程都在该进程的相同地址空间中执行，但每个线程都是一个独立的执行单元。在线程模型中，如果一个线程被挂起，其他线程可以继续执行。除了共享共同的地址空间之外，线程还共享进程的许多其他资源，如用户id、打开的文件描述符和信号等。
优点：

线程创建和切换速度更快
线程的响应速度更快
线程更适合并行计算

缺点：

需要来自用户的明确同步
许多库函数可能对线程不安全
在单CPU系统上，使用线程解决问题实际上要比使用顺序程序慢

创建线程
使用pthread_create()函数创建线程。
int pthread_create (pthread_t *pthread_id, pthread_attr_t *attr, void *(*func) (void *) , void *arg) ;
如果成功则返回0，如果失败则返回错误代码。pthread_create()函数的参数为

pthread_id 是指向pthread_t类型变量的指针。它会被操作系统内核分配的唯一线程 ID 填充。在POSIX中，pthread_t是一种不透明的类型。程序员应该不知道不透明对象的内容，因为它可能取决于实现情况。线程可通过pthread_self(函数获得自己的ID。在Linux中，pthread_t类型被定义为无符号长整型，因此线程ID可以打印为%lu。
attr 是指向另一种不透明数据类型的指针，它指定线程属性，下面将对此进行更详细的说明。
func 是要执行的新线程函数的入口地址。·arg 是指向线程函数参数的指针，可写为: void *func (void *arg)
其中，
attr参数最复杂。下面给出了attr参数的使用步骤。
(1)定义一个pthread 属性变量pthread_attr_t attro。
(2)用pthread_attr_init (&attr)初始化属性变量。
(3)设置属性变量并在pthread_create()调用中使用。
(4)必要时，通过pthread_attr_destroy (&attr)释放attr 资源。
下面列出了使用属性参数的一些示例。每个线程在创建时都默认可与其他线程连接。必要时，可使用分离属性创建一个线程，使它不能与其他线程连接。

线程ID
线程ID是一种不透明的数据类型，取决于实现情况。因此，不应该直接比较线程ID。如果需要，可以使用pthread_equal()函数对它们进行比较。
int pthread_equal (pthread_t t1, pthread_t t2);
如果是不同的线程，则返回0，否则返回非0。
线程终止
线程函数结束后，线程即终止。或者，线程可以调用函数
int pthread_exit(void *status);
进行显式终止，其中状态是线程的退出状态。通常，0退出值表示正常终止，非0值表示异常终止。
线程连接
一个线程可以等待另一个线程的终止，通过:
int pthread_join (pthread_t thread, void **status_ptr);
终止线程的退出状态以status_ptr 返回。

线程同步

由于线程在进程的同一地址空间中执行，它们共享同一地址空间中的所有全局变量和数据结构。当多个线程试图修改同一共享变量或数据结构时，如果修改结果取决于线程的执行顺序，则称之为竞态条件。在并发程序中，绝不能有竞态条件。否则，结果可能不一致。

互斥量:
最简单的同步工具是锁，它允许执行实体仅在有锁的情况下才能继续执行。在Pthread中，锁被称为互斥量，意思是相互排斥。互斥变量是用pthread_mutex_t类型声明的，在使用之前必须对它们进行初始化。有两种方法可以初始化互斥量。
(1)一种是静态方法，如:
pthread_mutex_tm=PTHREA D_MUTEX_INITIALIZER;
定义互斥量m，并使用默认属性对其进行初始化。
(2)另一种是动态方法，使月月pthread_mutex_init()函数，可通过attr参数设置互斥属性，如:
pthread_mutex_init(pthread_mu tex_t *m, pthread_mutexattr_t,*attr);
通常，attr参数可以设置为NULL，作为默认属性。
死锁预防
互斥量使用封锁协议。如果某线程不能获取互斥量，就会被阻塞，等待互斥量解锁后再继续。在任何封锁协议中，误用加锁可能会产生一些问题。最常见和突出的问题是死锁。死锁是一种状态，在这种状态下，许多执行实体相互等待，因此都无法继续下去。死锁决不能存在于并发程序中。有多种方法可以解决可能的死锁问题，其中包括死锁预防、死锁规避、死锁检测和恢复等等。在实际系统中，唯一可行的方法是死锁预防，试图在设计并行算法时防止死锁的发生。一种简单的死锁预防方法是对互斥量进行排序，并确
保每个线程只在一个方向请求互斥量，这样请求序列中就不会有循环。
Linux中的线程
与许多其他操作系统不同，Linux不区分进程和线程。对于Linux内核，线程只是一个与其他进程共享某些资源的进程。在Linu x中，进程和线程都是由clone()系统调用创建的，具有以下原型:
int clone(int (*fn) (void *), void *child_stack, int flags,void *arg)
可以看出，clone()更像是一个线程创建函数。它创建一个子进程来执行带有child_stack的函数fn(arg)。flags字段详细说明父进程和子进程共享的资源，包括:
CLONE_VM:父进程和子进程共享地也址空间
CLONE_FS:父进程和子进程共享文件系统信息，例如根节点、CWD
CLONE_FILES:父进程和子进程共享打开的文件
CLONE_SIGHAND:父进程和子进程共享信号处理函数和已屏蔽信号