【操作系统作业-lab4】 linux 多线程编程和调度器

linux多线程编程

参考：https://blog.csdn.net/weibo1230123/article/details/81410241

https://blog.csdn.net/skyroben/article/details/72793409

1.背景知识

Linux没有真正意义上的线程，它的实现是由进程来模拟，所以属于用户级线程，位于libpthread共享库（所以线程的ID只在库中有效），遵循POSIX标准。

Linux上两个最有名的线程库LinuxThreads和NPTL。两个线程模型的比较：https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-threading.html

2.线程控制

在linux系统下，线程相关的函数都定义在pthread.h头文件中

创建线程函数-------pthread_creat函数

#include<pthread.h>

int pthread_creat(pthread_t thread, const pthread_attr_t* attr, void*(*start_routin)(void *), void* arg);

参数解释
* thread参数是新线程的标志符，为一个整型。
* attr参数用于设置新线程的属性。给传递NULL表示设置为默认线程属性。
* start_routin和arg参数分别指定新线程将运行的函数和参数。start_routin返回时，这个线程就退出了
* 返回值：成功为0，失败返回错误号

线程id的类型是pthread_t，它只在当前进程中保证是唯一的，在不同的系统中pthread_t可能有不同的实现，调用pthread_self()可以获取当前进程的id。

进程id的类型时pid_t,每个进程的id在整个系统中是唯一的,调用getpid()可以获得当前进程的id,是一个正整数值。

终止线程-------pthread_exit() 函数和 pthread_cancel()函数

终止某个线程而不是终止一个进程，可以可以有三种方法:

1.从线程函数return，在creat时候的第三个参数。这种方法对主线程不适应，从main函数return相当于调用exit。

2.一个线程可以调用Pthread_cancle终止同一进程中的另一个线程。

3.线程可以调用pthread_exit终止自己

#include<pthread.h>

int pthread_cancle(pthread_t thread);

*thread 是线程标识符
*该函数成功返回0，失败返回错误码

#include<pthread.h>

void pthread_exit(void *reval);

*retral 是void*类型，其他线程可以调用Pthread_join获得这个指针。需要注意，需要注意,pthread_exit或者return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者是由malloc分配的,不能在线程函数的栈上分配,因为当其它线程得到这个返回指针时线程函数已经退出了。
*pthread_exit函数通过retval参数向线程的回收者传递其退出的消息。它执行之后不会返回到调用者，且永远不会失败。

线程等待-----pthread_join

#include<pthread.h>

void pthread_join(pthread_t thread, void ** retval)

*调用该函数的线程将挂起等待，知道id为thread的线程终止
*thread线程以不同的方法终止，通过pthread_join得到的终止状态是不同的

3.分离线程

1.在任何一个时间点上，线程是可结合的（joinable）或者是分离的（detached）。

2.一个可结合的线程能够被其他线程收回其资源和杀死。在被其他线程回收之前，它的存储器资源
（例如栈）是不释放的。（默认情况下线程的创建都是可结合的）

3.一个分离的线程是不能被其他线程回收或杀死的，它的存储器资源在它终止时由系统自动释放。

4. 如果一个可结合线程结束运行但没有被join，会导致部分资源没有被回收，所以创建线程者应该调用pthread_join来等待线程运行结束，并可得到线程的退出代码，回收其资源。

linux线程执行和windows不同，pthread有两种状态joinable状态和unjoinable状态，如果线程是joinable状态，当线程函数自己返回退出时或pthread_exit时都不会释放线程所占用堆栈和线程描述符（总计8K多）。只有当你调用了pthread_join之后这些资源才会被释放。若是unjoinable状态的线程，这些资源在线程函数退出时或pthread_exit时自动会被释放。

unjoinable属性可以在pthread_create时指定，或在线程创建后在线程中pthread_detach自己, 如：pthread_detach(pthread_self())，将状态改为unjoinable状态，确保资源的释放。或者将线程置为 joinable,然后适时调用pthread_join.
其实简单的说就是在线程函数头加上 pthread_detach(pthread_self())的话，线程状态改变，在函数尾部直接 pthread_exit线程就会自动退出.

实例：

 #include <pthread.h>

 #include <stdio.h>

 #include <stdlib.h>

 #define NUM_THREADS    5

 struct msg{

   int id;

   char* word;

 };

 //thread要运行的方法

 void PrintHello(struct msg* arg)

 {

   printf("%s%d!\n", arg->word, arg->id);

   arg->id=;

   pthread_exit(NULL);

 }

 int main(int argc, char *argv[])

 {

   pthread_t threads[NUM_THREADS];

   //创建线程id

   struct msg arg[NUM_THREADS];

   //创建msg数组群

   char* word = "Hello World! It's me, thread #";

   //分别创建5个线程

   for(int t=;t<NUM_THREADS;t++){

     printf("In main: creating hread %d\n", t)t;

     arg[t] = (struct msg){t, word};

     pthread_create(&threads[t], NULL, &PrintHello, &arg[t]);

     //arg作为参数传入新线程运行的函数PrintHello里，四个参数分别是线程id，默认格式，线程运行的函数，函数参数。函数结束及新线程结束运行

   }

   //让主线程依次等待各个线程执行完各自的函数后结束主线程

   for(int t=;t<NUM_THREADS;t++)

     pthread_join(threads[t], NULL);//主线程挂起等待直到调用的函数结束

   printf("\nall threads finish.\n");

   /* Last thing that main() should do */

   pthread_exit(NULL);//主线程终止自己

 }

OS 调度器

1.几个概念

Program： a group of instructions to carry out a specified task

　　　　　　--stored on disk in some file

Process: an execution of certain program with its own address space and control of one or more threads

--resources: CPU, memory address, disk, IO ...

　　　　　--one program can invoke multipleprocesses

Thread: the unit of execution in CPU

Job: a series of program submitted to operating system for some goals

2.背景信息

OS 有三种进程调度队列：Job Queue，Ready Queue，DeviceQueue

Job Queue：进程都被存储在外部存储里，还未被唤醒的进程们。

Ready Queue：process 已经准备好并且等待CPU来运行它们，存储在main memory里面

Device Queue：一个IO waitting queue，等待IO所以暂时让出CPU，blocked processes stored

multiprogramming 的degree： the number of processes in memory

IO-bound process ： spends more time doing I/O than doing computations

CPU-bound process：doing I/O infrequently but using more time on computations

3. 调度系统

一个作业（job）提交到操作系统后，将经历三种调度：

　　-长期调度程序 long-term scheduler

　　-中期调度程序 medium-term scheduler

　　-短期调度程序 short-term scheduler

-长期调度程序 long-term scheduler：

　　选择disk里的进程，load 到ready queue里，选择时考虑IO-bound 和 CPU-bound

调度器出现在job queue --->ready queue里面

-短期调度程序 short-term scheduler（也叫CPU scheduler）

　　从ready queue里选择一个process，放到CPU里运行。

调度器出现在ready queue到CPU的进度里，此处可以执行的调度算法有SJF，RR，priority等

-中期调度程序 medium-term scheduler（也叫swapping scheduler）

　 swap一个process（或者是IO bound或者是CPU bound）出CPU，back into memory

调度器出现在cpu--ready queue || job queue

三个调度系统的比较：

4.被CPU安排的进程的一生：

巴特西

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