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Linux是一種開源的操作系統(tǒng)，它在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中占據(jù)著極其重要的地位。它的內(nèi)核結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，其中線程實(shí)現(xiàn)是其中之一。本文將嘗試解析Linux線程實(shí)現(xiàn)的原理，從而深入探究這個(gè)操作系統(tǒng)的底層機(jī)制。
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線程概述
在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，線程是指進(jìn)程中的一條執(zhí)行路徑。一個(gè)進(jìn)程可以擁有多個(gè)線程，每個(gè)線程都可以執(zhí)行不同的任務(wù)。這些線程共享進(jìn)程的資源，包括內(nèi)存、I/O設(shè)備等。線程的優(yōu)點(diǎn)在于可以提高程序的并發(fā)性和響應(yīng)性。多個(gè)線程可以同時(shí)執(zhí)行不同的任務(wù)，從而使程序的響應(yīng)速度更快。
Linux線程實(shí)現(xiàn)的類型
Linux線程實(shí)現(xiàn)有兩種類型：用戶級(jí)線程和內(nèi)核級(jí)線程。
用戶級(jí)線程
用戶級(jí)線程是在用戶進(jìn)程中實(shí)現(xiàn)的，不需要內(nèi)核的干預(yù)。它們是由應(yīng)用程序本身管理的，內(nèi)核不知道它們的存在。因此，在使用線程的時(shí)候，必須確保線程的數(shù)量不會(huì)超過應(yīng)用程序所允許的范圍。用戶級(jí)線程的優(yōu)點(diǎn)在于它們相對(duì)于內(nèi)核級(jí)線程而言更輕量級(jí)，因此更快。但是它們的缺點(diǎn)在于不能夠利用多處理器的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槎鄠€(gè)用戶級(jí)線程只能在一個(gè)處理器上執(zhí)行。
內(nèi)核級(jí)線程
內(nèi)核級(jí)線程是由內(nèi)核管理并實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)核可以感知所有線程的存在，并進(jìn)行管理。內(nèi)核級(jí)線程的優(yōu)點(diǎn)在于它們可以利用多處理器的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兛梢栽诙鄠€(gè)處理器上并行執(zhí)行。但是，內(nèi)核級(jí)線程相對(duì)于用戶級(jí)線程而言更重量級(jí)，因此開銷更大。
Linux線程實(shí)現(xiàn)的原理
Linux線程實(shí)現(xiàn)的原理可以分為以下幾個(gè)方面：線程調(diào)度、線程狀態(tài)、線程同步和線程通信。
線程調(diào)度
線程調(diào)度是指決定哪個(gè)線程進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)和哪個(gè)線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)的過程。Linux中采用了一種搶占式調(diào)度方式，也就是說，內(nèi)核可以在任何時(shí)候剝奪一個(gè)線程的CPU使用權(quán)，將CPU資源分配給其他的線程。內(nèi)核使用調(diào)度算法來決定哪個(gè)線程最有可能在系統(tǒng)中獲得CPU時(shí)間片，并運(yùn)行這個(gè)線程的代碼。在Linux中，CPU時(shí)間片的大小是固定的，一般為10ms。
線程狀態(tài)
Linux中的線程可以具有以下五種狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)、就緒狀態(tài)、阻塞狀態(tài)、暫停狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)。
運(yùn)行狀態(tài)：線程正在運(yùn)行并占有CPU資源。
就緒狀態(tài)：線程已經(jīng)就緒并等待CPU資源。
阻塞狀態(tài)：線程被阻塞，并等待某些事件的發(fā)生。
暫停狀態(tài)：線程被暫停，并等待某些事件的發(fā)生。與阻塞狀態(tài)類似，但是在暫停狀態(tài)下，線程不會(huì)被調(diào)度。
終止?fàn)顟B(tài)：線程已經(jīng)執(zhí)行完畢或者被強(qiáng)制終止。
線程同步
線程同步是指多個(gè)線程之間協(xié)作的過程。在多線程環(huán)境中，線程之間會(huì)存在競(jìng)爭(zhēng)條件，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)被破壞或者結(jié)果不正確。因此，在多線程程序中必須使用同步機(jī)制來解決這些問題。常用的同步機(jī)制有互斥鎖、條件變量、讀寫鎖和信號(hào)量等。
互斥鎖是一種保證線程互斥訪問共享資源的機(jī)制。當(dāng)一個(gè)線程獲得了互斥鎖之后，其他線程必須等待該線程釋放鎖之后才能繼續(xù)訪問共享資源。
條件變量是一種通過等待和通知的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)線程同步的方法。條件變量通常用于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型，當(dāng)隊(duì)列為空時(shí)，消費(fèi)者線程會(huì)等待條件變量，當(dāng)隊(duì)列不為空時(shí)，生產(chǎn)者線程會(huì)通過條件變量通知消費(fèi)者線程。
讀寫鎖是一種針對(duì)讀寫操作進(jìn)行了優(yōu)化的鎖機(jī)制。當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)讀取共享資源時(shí)，可以使用讀鎖來保證這些線程之間不會(huì)有沖突。當(dāng)某個(gè)線程需要寫入共享資源時(shí)，必須等待其他所有線程釋放讀鎖后才能獲得寫鎖。
信號(hào)量是一種可以保證同步訪問共享資源的機(jī)制。信號(hào)量可以用來實(shí)現(xiàn)互斥、同步和進(jìn)程間通信等。
線程通信
線程通信是指多個(gè)線程之間相互傳遞數(shù)據(jù)的過程。在多線程程序中，線程之間可能需要互相交換數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。線程通信機(jī)制包括共享內(nèi)存、消息隊(duì)列、信號(hào)和管道等。
共享內(nèi)存是一種多個(gè)線程共享同一塊內(nèi)存區(qū)域的方法?？梢詫⒐蚕韮?nèi)存視為一種共享的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，多個(gè)線程可以向其中寫入或者讀取數(shù)據(jù)。
消息隊(duì)列是一種實(shí)現(xiàn)進(jìn)程或者線程之間通信的機(jī)制。消息隊(duì)列可以存儲(chǔ)多個(gè)消息，并按照特定的順序進(jìn)行發(fā)送和接收。
信號(hào)可以用來通知線程某個(gè)事件已經(jīng)發(fā)生。通常情況下，信號(hào)被用來處理異步事件，比如用戶輸入或者網(wǎng)絡(luò)連接。
管道是一種雙向的通信機(jī)制，可以用于兩個(gè)線程之間的通信。線程可以通過管道來傳遞數(shù)據(jù)和命令。
Linux線程實(shí)現(xiàn)是Linux內(nèi)核中一個(gè)非常重要的部分。理解Linux線程實(shí)現(xiàn)原理對(duì)于深入理解操作系統(tǒng)內(nèi)核非常重要。本文簡(jiǎn)要介紹了Linux線程實(shí)現(xiàn)的類型、原理和相關(guān)概念，希望能夠?qū)ψx者有所幫助。
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在linux環(huán)境中,如何實(shí)現(xiàn)多線程中使用多個(gè)定時(shí)器,POSIX定時(shí)器可以嗎,如何用?
個(gè)局御辯人解決了，以下是一個(gè)實(shí)現(xiàn)：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#if 1
pthread_attr_t attr;
timer_t hard_timer, software_timer;
struct sigevent hard_evp, software_evp;
static void watchdog_hard_timeout(union sigval v)
{
time_t t;
char p;
timer_t *q;
struct itimerspec ts;
int ret;
time(&t);
strftime(p, sizeof(p), “%T”, localtime(&t));
printf(“watchdog hard timeout!\n”);
printf(“%s thread %d, val = %u, signal captured.\n”, p, (unsigned int)pthread_self(), v.sival_int);
q = (timer_t *)(v.sival_ptr);
printf(“hard timer_t:%d add:%p, q:%p!\n”, (int)hard_timer, &hard_timer, q);
ts.it_interval.tv_sec = 0;
ts.it_interval.tv_nsec = 0;
ts.it_value.tv_sec = 6;
ts.it_value.tv_nsec = 0;
ret = timer_settime(*q, CLOCK_REALTIME, &ts, NULL);
if (ret != 0) {
printf(“settime err(%d)!\n”, ret);
}
}
static void watchdog_software_timeout(union sigval v)
{
time_t t;
char p;
timer_t *q;
struct itimerspec ts;
int ret;
time(&t);
strftime(p, sizeof(p), “%T”, localtime(&t));
printf(“watchdog software timeout!\n”);
printf(“%s thread %d, val = %u, signal captured.\n”桐缺, p, (unsigned int)pthread_self(), v.sival_int);
q = (timer_t *)(v.sival_ptr);
printf(“hard timer_t:%d add:%p, q:%p!\拆讓n”, (int)hard_timer, &hard_timer, q);
ts.it_interval.tv_sec = 0;
ts.it_interval.tv_nsec = 0;
ts.it_value.tv_sec = 10;
ts.it_value.tv_nsec = 0;
ret = timer_settime(*q, CLOCK_REALTIME, &ts, NULL);
if (ret != 0) {
printf(“settime err(%d)!\n”, ret);
}
}
static void dcmi_sol_pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr)
{
pthread_attr_destroy(attr);
}
static int dcmi_sol_pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr)
{
int ret;
if ((ret = pthread_attr_init(attr) != 0)) {
goto err;
}
if ((ret = pthread_attr_setdetachstate(attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED)) != 0) {
dcmi_sol_pthread_attr_destroy(attr);
goto err;
}
/* 設(shè)置線程的棧大小,失敗則用系統(tǒng)默認(rèn)值 */
pthread_attr_setstacksize(attr, 128 * 1024);
return 0;
err:
printf(“set ptread attr failed(ret:%d)!\n”, ret);
return -1;
}
int main(void)
{
struct itimerspec ts;
int ret;
ret = dcmi_sol_pthread_attr_init(&attr);
if (ret != 0) {
printf(“init pthread attributes fail(%d)!\n”, ret);
exit(-1);
}
memset(&hard_evp, 0, sizeof(struct sigevent));
hard_evp.sigev_value.sival_ptr = &hard_timer;
hard_evp.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
hard_evp.sigev_notify_function = watchdog_hard_timeout;
hard_evp.sigev_notify_attributes = NULL;//&attr;
memset(&software_evp, 0, sizeof(struct sigevent));
software_evp.sigev_value.sival_ptr = &software_timer;
software_evp.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
software_evp.sigev_notify_function = watchdog_software_timeout;
software_evp.sigev_notify_attributes = NULL;//&attr;
ret = timer_create(CLOCK_REALTIME, &hard_evp, &hard_timer);
if(ret != 0) {
perror(“hard timer_create fail!”);
exit(-1);
}
ret = timer_create(CLOCK_REALTIME, &software_evp, &software_timer);
if (ret != 0) {
timer_delete(hard_timer);
perror(“software timer_create fail!”);
exit(-1);
}
ts.it_interval.tv_sec = 0;
ts.it_interval.tv_nsec = 0;
ts.it_value.tv_sec = 6;
ts.it_value.tv_nsec = 0;
ret = timer_settime(hard_timer, CLOCK_REALTIME, &ts, NULL);
if(ret != 0) {
perror(“hard timer_settime fail!”);
timer_delete(hard_timer);
timer_delete(software_timer);
exit(-1);
}
ts.it_value.tv_sec = 10;
ret = timer_settime(software_timer, CLOCK_REALTIME, &ts, NULL);
if(ret != 0) {
perror(“hard timer_settime fail!”);
timer_delete(hard_timer);
timer_delete(software_timer);
exit(-1);
}
while(1) {
printf(“main ready sleep!\n”);
sleep(15);
printf(“main sleep finish!\n”);
}
return 0;
}
Linux,通過串口實(shí)現(xiàn)線程對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)收發(fā)，為什么只能寫線程，而讀線程運(yùn)行不了?
另一個(gè)線程完全可以運(yùn)行，是攜答否運(yùn)行決定權(quán)在你。 如果另一個(gè)線程需要等待串口的數(shù)據(jù)，那么它應(yīng)該調(diào)用wait來等待信號(hào)量 讀取串口數(shù)據(jù)的辯或慧線程應(yīng)該在讀取完成后通知等待在信號(hào)量上的線程，以繼續(xù)運(yùn)團(tuán)雹行。
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