目前Linux中最流行的線程機制為LinuxThreads，所采用的就是線程－進程“一對一”模型,，調(diào)度交給核心,，而在用戶級實現(xiàn)一個包括信號處理在內(nèi)的線程管理機制。LinuxThreads由Xavier Leroy ([email protected])負責開發(fā)完成,，并已綁定在GLIBC中發(fā)行,，它實現(xiàn)了一種BiCapitalized面向Linux的Posix 1003.1c “pthread”標準接口。Linuxthread可以支持Intel,、Alpha,、MIPS等平臺上的多處理器系統(tǒng)。
按照POSIX 1003.1c 標準編寫的程序與Linuxthread 庫相鏈接即可支持Linux平臺上的多線程,，在程序中需包含頭文件pthread. h,，在編譯鏈接時使用命令：
gcc -D -REENTRANT -lpthread xxx. c
其中-REENTRANT宏使得相關(guān)庫函數(shù)(如stdio.h、errno.h中函數(shù)) 是可重入的,、線程安全的(thread-safe),，-lpthread則意味著鏈接庫目錄下的libpthread.a或libpthread.so文件。使用Linuxthread庫需要2.0以上版本的Linux內(nèi)核及相應版本的C庫(libc 5.2.18,、libc 5.4.12,、libc 6)。

2.“線程”控制

線程創(chuàng)建
進程被創(chuàng)建時,，系統(tǒng)會為其創(chuàng)建一個主線程,，而要在進程中創(chuàng)建新的線程，則可以調(diào)用pthread_create：
pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *
  (start_routine)(void*), void *arg);
start_routine為新線程的入口函數(shù),，arg為傳遞給start_routine的參數(shù),。
每個線程都有自己的線程ID，以便在進程內(nèi)區(qū)分,。線程ID在pthread_create調(diào)用時回返給創(chuàng)建線程的調(diào)用者,；一個線程也可以在創(chuàng)建后使用pthread_self()調(diào)用獲取自己的線程ID：
pthread_self (void) ;
線程退出
線程的退出方式有三：
（1）執(zhí)行完成后隱式退出；
（2）由線程本身顯示調(diào)用pthread_exit 函數(shù)退出,；
pthread_exit (void * retval) ;
（3）被其他線程用pthread_cance函數(shù)終止：
pthread_cance (pthread_t thread) ;
在某線程中調(diào)用此函數(shù),，可以終止由參數(shù)thread 指定的線程,。
如果一個線程要等待另一個線程的終止，可以使用pthread_join函數(shù),，該函數(shù)的作用是調(diào)用pthread_join的線程將被掛起直到線程ID為參數(shù)thread的線程終止：
pthread_join (pthread_t thread, void** threadreturn);

3.線程通信

線程互斥
互斥意味著“排它”,，即兩個線程不能同時進入被互斥保護的代碼。Linux下可以通過pthread_mutex_t 定義互斥體機制完成多線程的互斥操作,，該機制的作用是對某個需要互斥的部分,，在進入時先得到互斥體，如果沒有得到互斥體,，表明互斥部分被其它線程擁有,，此時欲獲取互斥體的線程阻塞，直到擁有該互斥體的線程完成互斥部分的操作為止,。
下面的代碼實現(xiàn)了對共享全局變量x 用互斥體mutex 進行保護的目的：
int x; // 進程中的全局變量
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL); //按缺省的屬性初始化互斥體變量mutex
pthread_mutex_lock(&mutex); // 給互斥體變量加鎖
… //對變量x 的操作
phtread_mutex_unlock(&mutex); // 給互斥體變量解除鎖
線程同步
同步就是線程等待某個事件的發(fā)生。只有當?shù)却氖录l(fā)生線程才繼續(xù)執(zhí)行,，否則線程掛起并放棄處理器,。當多個線程協(xié)作時，相互作用的任務必須在一定的條件下同步,。
Linux下的C語言編程有多種線程同步機制,，最典型的是條件變量(condition variable)。pthread_cond_init用來創(chuàng)建一個條件變量,，其函數(shù)原型為：
pthread_cond_init (pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);
pthread_cond_wait和pthread_cond_timedwait用來等待條件變量被設置,，值得注意的是這兩個等待調(diào)用需要一個已經(jīng)上鎖的互斥體mutex，這是為了防止在真正進入等待狀態(tài)之前別的線程有可能設置該條件變量而產(chǎn)生競爭,。pthread_cond_wait的函數(shù)原型為：
pthread_cond_wait (pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
pthread_cond_broadcast用于設置條件變量,，即使得事件發(fā)生，這樣等待該事件的線程將不再阻塞：
pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t *cond) ;
pthread_cond_signal則用于解除某一個等待線程的阻塞狀態(tài)：
pthread_cond_signal (pthread_cond_t *cond) ; 
pthread_cond_destroy 則用于釋放一個條件變量的資源,。
在頭文件semaphore.h 中定義的信號量則完成了互斥體和條件變量的封裝,，按照多線程程序設計中訪問控制機制，控制對資源的同步訪問,，提供程序設計人員更方便的調(diào)用接口,。
sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int val);
這個函數(shù)初始化一個信號量sem 的值為val，參數(shù)pshared 是共享屬性控制,，表明是否在進程間共享,。
sem_wait(sem_t *sem);
調(diào)用該函數(shù)時，若sem為無狀態(tài),，調(diào)用線程阻塞,，等待信號量sem值增加(post )成為有信號狀態(tài)；若sem為有狀態(tài),，調(diào)用線程順序執(zhí)行,，但信號量的值減一,。
sem_post(sem_t *sem);
調(diào)用該函數(shù)，信號量sem的值增加,，可以從無信號狀態(tài)變?yōu)橛行盘枲顟B(tài),。

4.實例

下面我們還是以著名的生產(chǎn)者/消費者問題為例來闡述Linux線程的控制和通信。一組生產(chǎn)者線程與一組消費者線程通過緩沖區(qū)發(fā)生聯(lián)系,。生產(chǎn)者線程將生產(chǎn)的產(chǎn)品送入緩沖區(qū),，消費者線程則從中取出產(chǎn)品。緩沖區(qū)有N 個,，是一個環(huán)形的緩沖池,。

    
#include <stdio.h> 
    
#include <pthread.h> 
    
#define BUFFER_SIZE 16 // 緩沖區(qū)數(shù)量 
    
struct prodcons 
    
{ 
    
  // 緩沖區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 
    
  int buffer[BUFFER_SIZE]; /* 實際數(shù)據(jù)存放的數(shù)組*/ 
    
  pthread_mutex_t lock; /* 互斥體lock 用于對緩沖區(qū)的互斥操作 */ 
    
  int readpos, writepos; /* 讀寫指針*/ 
    
  pthread_cond_t notempty; /* 緩沖區(qū)非空的條件變量 */ 
    
  pthread_cond_t notfull; /* 緩沖區(qū)未滿的條件變量 */ 
    
}; 
    
/* 初始化緩沖區(qū)結(jié)構(gòu) */ 
    
void init(struct prodcons *b) 
    
{ 
    
  pthread_mutex_init(&b->lock, NULL); 
    
  pthread_cond_init(&b->notempty, NULL); 
    
  pthread_cond_init(&b->notfull, NULL); 
    
  b->readpos = 0; 
    
  b->writepos = 0; 
    
} 
    
/* 將產(chǎn)品放入緩沖區(qū),這里是存入一個整數(shù)*/ 
    
void put(struct prodcons *b, int data) 
    
{ 
    
  pthread_mutex_lock(&b->lock); 
    
  /* 等待緩沖區(qū)未滿*/ 
    
  if ((b->writepos + 1) % BUFFER_SIZE == b->readpos) 
    
  { 
    
    pthread_cond_wait(&b->notfull, &b->lock); 
    
  } 
    
  /* 寫數(shù)據(jù),并移動指針 */ 
    
  b->buffer[b->writepos] = data; 
    
  b->writepos++; 
    
  if (b->writepos >  = BUFFER_SIZE) 
    
    b->writepos = 0; 
    
  /* 設置緩沖區(qū)非空的條件變量*/ 
    
  pthread_cond_signal(&b->notempty); 
    
  pthread_mutex_unlock(&b->lock); 
    
} 
    
 
    
/* 從緩沖區(qū)中取出整數(shù)*/ 
    
int get(struct prodcons *b) 
    
{ 
    
  int data; 
    
  pthread_mutex_lock(&b->lock); 
    
  /* 等待緩沖區(qū)非空*/ 
    
  if (b->writepos == b->readpos) 
    
  { 
    
    pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock); 
    
  } 
    
  /* 讀數(shù)據(jù),移動讀指針*/ 
    
  data = b->buffer[b->readpos]; 
    
  b->readpos++; 
    
  if (b->readpos >  = BUFFER_SIZE) 
    
    b->readpos = 0; 
    
  /* 設置緩沖區(qū)未滿的條件變量*/ 
    
  pthread_cond_signal(&b->notfull); 
    
  pthread_mutex_unlock(&b->lock); 
    
  return data; 
    
} 
    
 
    
/* 測試:生產(chǎn)者線程將1 到10000 的整數(shù)送入緩沖區(qū),消費者線 
    
程從緩沖區(qū)中獲取整數(shù),兩者都打印信息*/ 
    
#define OVER ( - 1) 
    
struct prodcons buffer; 
    
void *producer(void *data) 
    
{ 
    
  int n; 
    
  for (n = 0; n < 10000; n++) 
    
  { 
    
    printf("%d --->\n", n); 
    
    put(&buffer, n); 
    
  } put(&buffer, OVER); 
    
  return NULL; 
    
} 
    
 
    
void *consumer(void *data) 
    
{ 
    
  int d; 
    
  while (1) 
    
  { 
    
    d = get(&buffer); 
    
    if (d == OVER) 
    
      break; 
    
    printf("--->%d \n", d); 
    
  } 
    
  return NULL; 
    
} 
    
 
    
int main(void) 
    
{ 
    
  pthread_t th_a, th_b; 
    
  void *retval; 
    
  init(&buffer); 
    
  /* 創(chuàng)建生產(chǎn)者和消費者線程*/ 
    
  pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0); 
    
  pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0); 
    
  /* 等待兩個線程結(jié)束*/ 
    
  pthread_join(th_a, &retval); 
    
  pthread_join(th_b, &retval); 
    
  return 0; 
    
} 

5.WIN32、VxWorks,、Linux線程類比

目前為止,，筆者已經(jīng)創(chuàng)作了《基于嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks的多任務并發(fā)程序設計》（《軟件報》2006年5~12期連載）、《深入淺出Win32多線程程序設計》（天極網(wǎng)技術(shù)專題）系列,，我們來找出這兩個系列文章與本文的共通點,。
看待技術(shù)問題要瞄準其本質(zhì)，不管是Linux,、VxWorks還是WIN32,，其涉及到多線程的部分都是那些內(nèi)容，無非就是線程控制和線程通信,，它們的許多函數(shù)只是名稱不同,，其實質(zhì)含義是等價的，下面我們來列個三大操作系統(tǒng)共同點詳細表單：

6.小結(jié)

本章講述了Linux下多線程的控制及線程間通信編程方法，給出了一個生產(chǎn)者/消費者的實例,，并將Linux的多線程與WIN32,、VxWorks多線程進行了類比，總結(jié)了一般規(guī)律,。鑒于多線程編程已成為開發(fā)并發(fā)應用程序的主流方法,，學好本章的意義也便不言自明。