华清远见——嵌入式培训专家http://www.farsight.com.cn“黑色经典”系列之《嵌入式Linux应用程序开发详解》第9章多线程编程本章目标在前两章中，读者主要学习了有关进程控制和进程间通信的开发，这些都是Linux中开发的基础。在这一章中将学习轻量级进程—线程的开发，由于线程的高效性和可操作性，在大型程序开发中运用得非常广泛，希望读者能够很好地掌握。掌握Linux中线程的基本概念掌握Linux中线程的创建及使用掌握Linux中线程属性的设置能够独立编写多线程程序能够处理多线程中的变量问题能够处理多线程中的同步文件华清远见<嵌入式Linux应用开发班>培训教材华清远见——嵌入式培训专家http://www.farsight.com.cn9.1Linux下线程概述9.1.1线程概述前面已经提到，进程是系统中程序执行和资源分配的基本单位。每个进程都拥有自己的数据段、代码段和堆栈段，这就造成了进程在进行切换等操作时都需要有比较负责的上下文切换等动作。为了进一步减少处理机的空转时间支持多处理器和减少上下文切换开销，进程在演化中出现了另一个概念——线程。它是一个进程内的基本调度单位，也可以称为轻量级进程。线程是在共享内存空间中并发的多道执行路径，它们共享一个进程的资源，如文件描述和信号处理。因此，大大减少了上下文切换的开销。同进程一样，线程也将相关的变量值放在线程控制表内。一个进程可以有多个线程，也就是有多个线程控制表及堆栈寄存器，但却共享一个用户地址空间。要注意的是，由于线程共享了进程的资源和地址空间，因此，任何线程对系统资源的操作都会给其他线程带来影响，因此，多线程中的同步就是非常重要的问题了。在多线程系统中，进程与进程的关系如表9.1所示。进程用户地址空间线程一线程二线程三图9.1进程与线程关系9.1.2线程分类线程按照其调度者可以分为用户级线程和核心级线程两种。（1）用户级线程用户级线程主要解决的是上下文切换的问题，它的调度算法和调度过程全部由用户自行选择决定，在运行时不需要特定的内核支持。在这里，操作系统往往会提供一个用户空间的线程库，该线程库提供了线程的创建、调度、撤销等功能，而内核仍然仅对进程进行管理。华清远见<嵌入式Linux应用开发班>培训教材《嵌入式Linux应用程序开发详解》——第9章、多线程编程如果一个进程中的某一个线程调用了一个阻塞的系统调用，那么该进程包括该进程中的其他所有线程也同时被阻塞。这种用户级线程的主要缺点是在一个进程中的多个线程的调度中无法发挥多处理器的优势。（2）核心级线程这种线程允许不同进程中的线程按照同一相对优先调度方法进行调度，这样就可以发挥多处理器的并发优势。现在大多数系统都采用用户级线程与核心级线程并存的方法。一个用户级线程可以对应一个或几个核心级线程，也就是“一对一”或“多对一”模型。这样既可满足多处理机系统的需要，也可以最大限度地减少调度开销。9.1.3Linux线程技术的发展在Linux中，线程技术也经过了一代代的发展过程。在Linux2.2内核中，并不存在真正意义上的线程。当时Linux中常用的线程pthread实际上是通过进程来模拟的，也就是说Linux中的线程也是通过fork创建的“轻”进程，并且线程的个数也很有限，最多只能有4096个进程/线程同时运行。Linux2.4内核消除了这个线程个数的限制，并且允许在系统运行中动态地调整进程数上限。当时采用的是LinuxThread线程库，它对应的线程模型是“一对一”线程模型，也就是一个用户级线程对应一个内核线程，而线程之间的管理在内核外函数库中实现。这种线程模型得到了广泛应用。但是，LinuxThread也由于Linux内核的限制以及实现难度等原因，并不是完全与POSIX兼容。另外，它的进程ID、信号处理、线程总数、同步等各方面都还有诸多的问题。为了解决以上问题，在Linux2.6内核中，进程调度通过重新编写，删除了以前版本中效率不高的算法。内核线程框架也被重新编写，开始使用NPTL（NativePOSIXThreadLibrary）线程库。这个线程库有以下几点设计目标：POSIX兼容性、多处理器结构的应用、低启动开销、低链接开销、与LinuxThreads应用的二进制兼容性、软硬件的可扩展能力、与C++集成等。这一切都使得Linux2.6内核的线程机制更加完备，能够更好地完成其设计目标。与LinuxThreads不同，NPTL没有使用管理线程，核心线程的管理直接放在核内进行，这也带了性能的优化。由于