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隨著計算機性能的不斷提高和軟件系統(tǒng)的復(fù)雜化，單線程運行程序已經(jīng)無法滿足程序的執(zhí)行效率。多線程并行運行可以有效利用現(xiàn)代多核處理器的計算能力，提高系統(tǒng)運行效率。Linux是一個支持多線程處理的操作系統(tǒng)，本文將介紹如何利用Linux多線程機制實現(xiàn)并行運行，從而提高系統(tǒng)運行效率。
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一、多線程并行運行的優(yōu)勢
多線程并行運行優(yōu)化了程序執(zhí)行過程中的資源利用率，同時，在多線程并行執(zhí)行的過程中，多個線程可以同時進(jìn)行多個任務(wù)，從而減少了等待時間。這種優(yōu)化效果尤其在計算密集型任務(wù)中得到體現(xiàn)。在單線程任務(wù)中，當(dāng)軟件系統(tǒng)出現(xiàn)IO等待時，CPU空閑，造成系統(tǒng)資源的浪費；而多線程并行執(zhí)行可以在一個線程IO等待的時候，讓其他的線程繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，從而充分利用系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)的運行效率。另外，多線程并行運行可以提高程序的響應(yīng)效率和處理速度。由于多線程并行運行可以同時執(zhí)行多個任務(wù)，所以在一些需要同時處理多個請求的場景中可以得到越來越廣泛的應(yīng)用。
二、Linux多線程并發(fā)模型
Linux采用POSIX線程作為多線程并發(fā)模型，通過創(chuàng)建多個線程并發(fā)執(zhí)行任務(wù)。線程是一個比進(jìn)程更小粒度的執(zhí)行單元。Linux系統(tǒng)中的線程與進(jìn)程的主要區(qū)別在于，進(jìn)程是將資源獨立地劃分給不同的程序，而線程是在同一個程序享資源，并發(fā)執(zhí)行。線程可以共享大部分進(jìn)程的地址空間，例如數(shù)據(jù)和代碼段，因此，線程間通信更加方便，具有更高的性能。
三、多線程的創(chuàng)建與管理
多線程的創(chuàng)建需要調(diào)用pthread_create函數(shù)，該函數(shù)創(chuàng)建新線程并指定線程執(zhí)行函數(shù)，即在多線程中要執(zhí)行的任務(wù)。其函數(shù)原型如下：
int pthread_create (pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
其中，thread參數(shù)返回新線程ID，attr參數(shù)用于設(shè)置線程屬性，一般設(shè)置為NULL即可，默認(rèn)屬性，start_routine參數(shù)是執(zhí)行線程的函數(shù)，arg參數(shù)是傳遞給線程的參數(shù)。
線程的退出由自身完成，使用pthread_exit函數(shù)退出線程：
void pthread_exit (void *retval);
該函數(shù)終止正在調(diào)用的線程，并將retval指定的值傳遞給線程創(chuàng)建者。
pthread_join函數(shù)可以等待指定線程的結(jié)束，并在指定的線程結(jié)束后返回，釋放線程資源。如果一些線程必須在其他線程結(jié)束時才能繼續(xù)執(zhí)行，則需要使用pthread_join函數(shù)。函數(shù)原型如下：
int pthread_join (pthread_t thread, void **retval);
其中，thread參數(shù)為等待的線程ID，retval參數(shù)返回線程的退出狀態(tài)。
四、多線程的同步
多個線程并發(fā)執(zhí)行時，訪問共享資源，可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)競爭和死鎖等問題。為了解決這些問題，Linux提供了多種線程同步機制。
1. 互斥鎖：用于同步不同線程之間對共享資源的訪問，是最常用的同步機制。當(dāng)一個線程占用互斥鎖時，其它線程必須等待，直到占用互斥鎖的線程釋放鎖。主要用于線程間訪問共享數(shù)據(jù)的互斥保護(hù)。
2. 讀寫鎖：多個線程可以同時讀共享資源，該鎖適用于即可以讀也可以寫的情況。當(dāng)一個線程請求寫入共享資源時，其它線程必須等待，直到寫者完成工作。但是，讀者可同時訪問共享資源。
3. 條件變量：用于線程之間的通信和同步，用于等待某個事件的發(fā)生。
五、多線程示例
下面是一個簡單的使用多線程的示例程序：
#include
#include
#include
void *thread_function(void *arg);
int mn(int argc, char *argv[])
{
pthread_t my_thread;
int status;
if (pthread_create(&my_thread, NULL, thread_function, NULL))
{
printf(“error creating thread.”);
exit(EXIT_FLURE);
}
printf(“Thread created successfully.\n”);
status = pthread_join(my_thread, NULL);
if (status != 0)
{
printf(“ERROR; return code from pthread_join()”);
exit(EXIT_FLURE);
}
printf(“Thread exited successfully.\n”);
return 0;
}
void *thread_function(void *arg)
{
printf(“Thread function is called.\n”);
pthread_exit(NULL);
}
該示例中，pthread_create函數(shù)創(chuàng)建新線程，并調(diào)用thread_function函數(shù)執(zhí)行任務(wù)。該函數(shù)負(fù)責(zé)輸出一條消息，并在最后使用pthread_exit退出線程。在主函數(shù)中，使用pthread_join等待線程結(jié)束，并釋放線程資源。
六、
相關(guān)問題拓展閱讀：
- Linux C++多線程同步的四種方式
- linux操作系統(tǒng)多進(jìn)程和多線程的區(qū)別
Linux C++多線程同步的四種方式
From :
1.同一個線程內(nèi)部，指令按照先后順序執(zhí)行；但不同線程之間的指令很難說清楚是哪一個先執(zhí)行，在并況下，指令執(zhí)行的先后順序由內(nèi)核決定。
如果運行的結(jié)果依賴于不同線程執(zhí)行的先后的話，那么就會形成競爭條件，在這樣的情況下，計算的結(jié)果很難預(yù)知，所以應(yīng)該盡量避免競爭條件的形成。
2.最常見的解決競爭條件的方法是：將原先分離的兩個指令構(gòu)成一個不可分割的原子操作，而其他任務(wù)不能插入到原子操作中！
3.對
多線程
來說，同步指的是在一定時間內(nèi)只允許某一個線程訪問某個資源，而在此時間內(nèi)，不允許其他線程訪問該資源!
互斥鎖
條件變量
讀寫鎖
信號量
一種特殊的
全局變量
，擁有l(wèi)ock和unlock兩種狀態(tài)。
unlock的互斥鎖可以由某個線程獲得，一旦獲得，這個互斥鎖會鎖上變成lock狀態(tài)，此后只有該線程由權(quán)力打開該鎖，其他線程想要獲得互斥鎖，必須得到互斥鎖再次被打開之后。
1.互斥鎖的初始化, 分為靜態(tài)初始化和動態(tài)初始化.
2.互斥鎖的相關(guān)屬性及分類
(1) attr表示互斥鎖的屬性;
(2) pshared表示互斥鎖的共享屬性，由兩種取值：
1）PTHREAD_PROCESS_PRIVATE：鎖只能用于一個進(jìn)程內(nèi)部的兩個線程進(jìn)行互斥（默認(rèn)情況）
2）PTHREAD_PROCESS_SHARED：鎖可用于兩個不同進(jìn)程中的線程進(jìn)行互斥，使用時還需要在進(jìn)程共享內(nèi)存中分配互斥鎖，然后為該互斥鎖指定屬性就可以了。
互斥鎖存在缺點：
（1）某個線程正在等待共享數(shù)據(jù)內(nèi)某個條件出現(xiàn)。
（2）重復(fù)對數(shù)據(jù)對象加鎖和解鎖（輪詢），但是這樣輪詢非常耗費時間和資源，而且效率非常低，所以互斥鎖不太適合這種情況。
當(dāng)線程在等待滿足某些條件時，使線程進(jìn)入睡眠狀態(tài)；一旦條件滿足，就換線因等待滿足特定條件而睡眠的線程。
程序的效率無疑會大大提高。
1）創(chuàng)建
靜態(tài)方式：pthread_cond_t cond PTHREAD_COND_INITIALIZER
動態(tài)方式：int pthread_cond_init(&cond,NULL)
Linux thread 實現(xiàn)的條件變量不支持屬性，所以NULL(cond_attr參數(shù)）
2）注銷
int pthread_cond_destory(&cond)
只有沒有線程在該條件變量上，該條件變量才能注饑畝銷，否則返回EBUSY
因為Linux實現(xiàn)的條件變量沒有分配什么資源，所以注銷動作只包括檢查是否姿肢改有等待線程!(請參考條件變量的底層實現(xiàn)）
3）等待
條件等待：int pthread_cond_wait(&cond,&mutex)
計時等待：int pthread_cond_timewait(&cond,&mutex,time)
1.其中計時等待如果在給定時刻前條件沒有被滿足，則返回ETIMEOUT，結(jié)束等待
2.無論那種等待方式，都必須有一個互斥鎖配合，以防止多個線程同時請求pthread_cond_wait形成競爭條件！
3.在調(diào)用pthread_cond_wait前必須由本線程加鎖
4）激發(fā)
激發(fā)一個等待線程：pthread_cond_signal(&cond)
激發(fā)所有等待線程：pthread_cond_broadcast(&cond)
重要的是，pthread_cond_signal不會存在驚群效應(yīng)，也就是是它最多給一個等待線程發(fā)信號，不會給所有線程發(fā)信號喚醒，然后要求他們自己去爭搶資源！
pthread_cond_broadcast() 喚醒所有正在pthread_cond_wait()的同一個條件變量的線程。注意：如果等待的多個現(xiàn)場不使用同一個鎖，被喚跡判醒的多個線程執(zhí)行是并發(fā)的。
pthread_cond_broadcast & pthread_cond_signal
1.讀寫鎖比互斥鎖更加具有適用性和并行性
2.讀寫鎖最適用于對
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
的讀操作讀操作次數(shù)多余寫操作次數(shù)的場合！
3.鎖處于讀模式時可以線程共享，而鎖處于寫模式時只能獨占，所以讀寫鎖又叫做共享-獨占鎖。
4.讀寫鎖有兩種策略：強讀同步和強寫同步
強讀同步：
總是給讀者更高的優(yōu)先權(quán)，只要寫者沒有進(jìn)行寫操作，讀者就可以獲得訪問權(quán)限
強寫同步：
總是給寫者更高的優(yōu)先權(quán)，讀者只能等到所有正在等待或者執(zhí)行的寫者完成后才能進(jìn)行讀
1）初始化的銷毀讀寫鎖
靜態(tài)初始化：pthread_rwlock_t rwlock=PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER
動態(tài)初始化：int pthread_rwlock_init(rwlock，NULL)，NULL代表讀寫鎖采用默認(rèn)屬性
銷毀讀寫鎖：int pthread_rwlock_destory(rwlock)
在釋放某個讀寫鎖的資源之前，需要先通過pthread_rwlock_destory函數(shù)對讀寫鎖進(jìn)行清理。釋放由pthread_rwlock_init函數(shù)分配的資源
如果你想要讀寫鎖使用非默認(rèn)屬性，則attr不能為NULL，得給attr賦值
int pthread_rwlockattr_init(attr),給attr初始化
int pthread_rwlockattr_destory(attr)，銷毀attr
2）以寫的方式獲取鎖，以讀的方式獲取鎖，釋放讀寫鎖
int pthread_rwlock_rdlock(rwlock),以讀的方式獲取鎖
int pthread_rwlock_wrlock(rwlock)，以寫的方式獲取鎖
int pthread_rwlock_unlock(rwlock),釋放鎖
上面兩個獲取鎖的方式都是阻塞的函數(shù)，也就是說獲取不到鎖的話，調(diào)用線程不是立即返回，而是阻塞執(zhí)行，在需要進(jìn)行寫操作的時候，這種阻塞式獲取鎖的方式是非常不好的，你想一下，我需要進(jìn)行寫操作，不但沒有獲取到鎖，我還一直在這里等待，大大拖累效率
所以我們應(yīng)該采用非阻塞的方式獲取鎖：
int pthread_rwlock_tryrdlock(rwlock)
int pthread_rwlock_trywrlock(rwlock)
互斥鎖只允許一個線程進(jìn)入臨界區(qū)，而信號量允許多個線程進(jìn)入臨界區(qū)。
1）信號量初始化
int sem_init(&sem,pshared, v)
pshared為0，表示這個信號量是當(dāng)前進(jìn)程的局部信號量。
pshared為1，表示這個信號量可以在多個進(jìn)程之間共享。
v為信號量的初始值。
返回值
：
成功：0，失?。?1
2）信號量值的加減
int sem_wait(&sem):以原子操作的方式將信號量的值減去1
int sem_post(&sem):以原子操作的方式將信號量的值加上1
3）對信號量進(jìn)行清理
int sem_destory(&sem)
linux操作系統(tǒng)多進(jìn)程和多線程的區(qū)別
用ps -eLf 在linux下查看，每一行是一個進(jìn)程，NLWP列代表這個進(jìn)程里面有多少個線程
LWP是輕量級進(jìn)程的意思
進(jìn)程：運行中的程序，–>執(zhí)行過程稱之為進(jìn)程。
線程：線程是輕量級的進(jìn)程，是進(jìn)程中的一條執(zhí)行序列，一個進(jìn)程至少有一條線程。
多線程
優(yōu)點：①無需跨進(jìn)程邊界;②程序邏輯和控制方式簡單;③所有線程可以直接
共享內(nèi)存
和變量;④線程方式消耗的總資源比進(jìn)程少。
多進(jìn)程優(yōu)點：①每個進(jìn)程相互獨立，不影響主程序的穩(wěn)定性，子進(jìn)程崩潰沒關(guān)系;②通過增加CPU就可以容易擴充性能;③可以盡量減少線程加鎖/解鎖的影響，極大提高性能。
多線程缺點：①每條線程與主程序共用地址空間，大小受限;②線程之間的同步和加鎖比較麻煩;③一個線程的崩潰可能影響到整個程序的穩(wěn)定性;④到達(dá)一定的線程數(shù)之后，即使在增加CPU也無法提高性能。
多進(jìn)程缺點：①邏輯控制復(fù)雜，需要和主程序交互;②需要跨進(jìn)程邊界，如果有大數(shù)據(jù)傳輸，不適合;③多進(jìn)程調(diào)度開銷比較大。
Linux系統(tǒng)中多進(jìn)程和多線程的區(qū)別是什么?
1、多進(jìn)程中數(shù)據(jù)共享復(fù)雜、同步簡單;而多線程中數(shù)據(jù)共享簡單、同步復(fù)雜。
2、多進(jìn)程占用內(nèi)存多、切換復(fù)雜、速度慢、CPU利用率低;而多線程占用內(nèi)存少、切換簡單、CPU利用率高。
3、多進(jìn)程的編程簡單、調(diào)試簡單;而多線程的編程復(fù)雜、調(diào)試復(fù)雜。
linux多線程是并行運行的介紹就聊到這里吧，感謝你花時間閱讀本站內(nèi)容，更多關(guān)于linux多線程是并行運行,Linux多線程實現(xiàn)并行運行，提高系統(tǒng)運行效率,Linux C++多線程同步的四種方式,linux操作系統(tǒng)多進(jìn)程和多線程的區(qū)別的信息別忘了在本站進(jìn)行查找喔。
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