嵌入开发

1.Linux“线程”

进程与线程之间是有区别的，不过Linux内核只提供了轻量进程的支持，未实现线程模型。Linux是一种“多进程单线程”的操作系统。Linux 本身只有进程的概念，而其所谓的“线程”本质上在内核里仍然是进程。
大 家知道，进程是资源分配的单位，同一进程中的多个线程共享该进程的资源（如作为共享内存的全局变量）。Linux中所谓的“线程”只是在被创建时 clone了父进程的资源，因此clone出来的进程表现为“线程”，这一点一定要弄清楚。因此，Linux“线程”这个概念只有在打冒号的情况下才是最 准确的。

目前Linux中最流行的线程机制为LinuxThreads，所采用的就是线程－进程“一对一”模型，调度交给核心，而在用户级实现一个包括信号 处理在内的线程管理机制。LinuxThreads由Xavier Leroy (Xavier.Leroy@inria.fr)负责开发完成，并已绑 定在GLIBC中发行，它实现了一种BiCapitalized面向Linux的Posix 1003.1c “pthread”标准接口。Linuxthread可以支持Intel、Alpha、MIPS等平台上的多处理器系统。

按照POSIX 1003.1c 标准编写的程序与Linuxthread 库相链接即可支持Linux平台上的多线程，在程序中需包含头文件pthread. h，在编译链接时使用命令：

gcc -D -REENTRANT -lpthread xxx. c

其中-REENTRANT宏使得相关库函数(如stdio.h、errno.h中函数) 是可重入的、线程安全的(thread-safe)，-lpthread则意味着链接库目录下的libpthread.a或libpthread.so文 件。使用Linuxthread库需要2.0以上版本的Linux内核及相应版本的C库(libc 5.2.18、libc 5.4.12、libc 6)。

2.“线程”控制

线程创建

进程被创建时，系统会为其创建一个主线程，而要在进程中创建新的线程，则可以调用pthread_create：

pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *
(start_routine)(void*), void *arg);

start_routine为新线程的入口函数，arg为传递给start_routine的参数。

每个线程都有自己的线程ID，以便在进程内区分。线程ID在pthread_create调用时回返给创建线程的调用者；一个线程也可以在创建 后使用pthread_self()调用获取自己的线程ID：

pthread_self (void) ;

线程退出

线程的退出方式有三：
（1）执行完成后隐式退出；
（2）由线程本身显示调用pthread_exit 函数退出；
pthread_exit (void * retval) ;
（3）被其他线程用pthread_cance函数终止：
pthread_cance (pthread_t thread) ;

在某线程中调用此函数，可以终止由参数thread 指定的线程。

如果一个线程要等待另一个线程的终止，可以使用pthread_join函数，该函数的作用是调用pthread_join的线程将被挂起直到 线程ID为参数thread的线程终止：

pthread_join (pthread_t thread, void** threadreturn);

3.线程通信

线程互斥
互斥意味着“排它”，即两个线程不能同时进入被互斥保护的代码。Linux下可以通过pthread_mutex_t 定义互斥体机制完成多线程的互斥操作，该机制的作用是对某个需要互斥的部分，在进入时先得到互斥体，如果没有得到互斥体，表明互斥部分被其它线程拥有，此 时欲获取互斥体的线程阻塞，直到拥有该互斥体的线程完成互斥部分的操作为止。

下面的代码实现了对共享全局变量x 用互斥体mutex 进行保护的目的：

int x; // 进程中的全局变量
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL); //按缺省的属性初始化互斥体变量mutex
pthread_mutex_lock(&mutex); // 给互斥体变量加锁
… //对变量x 的操作
phtread_mutex_unlock(&mutex); // 给互斥体变量解除锁

线程同步

同步就是线程等待某个事件的发生。只有当等待的事件发生线程才继续执行，否则线程挂起并放弃处理器。当多个线程协作时，相互作用的任务必须在一 定的条件下同步。

Linux下的C语言编程有多种线程同步机制，最典型的是条件变量(condition variable)。pthread_cond_init用来创建一个条件变量，其函数原型为：

pthread_cond_init (pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);

pthread_cond_wait和pthread_cond_timedwait用来等待条件变量被设置，值得注意的是这两个等待调用需要 一个已经上锁的互斥体mutex，这是为了防止在真正进入等待状态之前别的线程有可能设置该条件变量而产生竞争。pthread_cond_wait的函 数原型为：

pthread_cond_wait (pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);

pthread_cond_broadcast用于设置条件变量，即使得事件发生，这样等待该事件的线程将不再阻塞：

pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t *cond) ;

pthread_cond_signal则用于解除某一个等待线程的阻塞状态：

pthread_cond_signal (pthread_cond_t *cond) ;

pthread_cond_destroy 则用于释放一个条件变量的资源。

在头文件semaphore.h 中定义的信号量则完成了互斥体和条件变量的封装，按照多线程程序设计中访问控制机制，控制对资源的同步访问，提供程序设计人员更方便的调用接口。

sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int val);

这个函数初始化一个信号量sem 的值为val，参数pshared 是共享属性控制，表明是否在进程间共享。

sem_wait(sem_t *sem);

调用该函数时，若sem为无状态，调用线程阻塞，等待信号量sem值增加(post )成为有信号状态；若sem为有状态，调用线程顺序执行，但信号量的值减一。

sem_post(sem_t *sem);

调用该函数，信号量sem的值增加，可以从无信号状态变为有信号状态。

4.实例

下面我们还是以名的生产者/消费者问题为例来阐述Linux线程的控制和通信。一组生产者线程与一组消费者线程通过缓冲区发生联系。生产者线程 将生产的产品送入缓冲区，消费者线程则从中取出产品。缓冲区有N 个，是一个环形的缓冲池。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#define BUFFER_SIZE 16 // 缓冲区数量

struct prodcons
{
// 缓冲区相关数据结构
int buffer[BUFFER_SIZE]; /* 实际数据存放的数组*/
pthread_mutex_t lock; /* 互斥体lock 用于对缓冲区的互斥操作 */
int readpos, writepos; /* 读写指针*/
pthread_cond_t notempty; /* 缓冲区非空的条件变量 */
pthread_cond_t notfull; /* 缓冲区未满的条件变量 */
};

/* 初始化缓冲区结构 */
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;
}

/* 将产品放入缓冲区,这里是存入一个整数*/
void put(struct prodcons *b, int data)
{
pthread_mutex_lock(&b->lock);
/* 等待缓冲区未满*/
if ((b->writepos + 1) % BUFFER_SIZE == b->readpos)
{
pthread_cond_wait(&b->notfull, &b->lock);
}

/* 写数据,并移动指针 */
b->buffer[b->writepos] = data;
b->writepos++;
if (b->writepos > = BUFFER_SIZE)
b->writepos = 0;

/* 设置缓冲区非空的条件变量*/
pthread_cond_signal(&b->notempty);
pthread_mutex_unlock(&b->lock);
}

/* 从缓冲区中取出整数*/
int get(struct prodcons *b)
{
int data;
pthread_mutex_lock(&b->lock);

/* 等待缓冲区非空*/
if (b->writepos == b->readpos)
{
pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock);
}

/* 读数据,移动读指针*/
data = b->buffer[b->readpos];
b->readpos++;
if (b->readpos > = BUFFER_SIZE)
b->readpos = 0;

/* 设置缓冲区未满的条件变量*/
pthread_cond_signal(&b->notfull);
pthread_mutex_unlock(&b->lock);
return data;
}

/* 测试:生产者线程将1 到10000 的整数送入缓冲区,消费者线
程从缓冲区中获取整数,两者都打印信息*/

#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);

/* 创建生产者和消费者线程*/
pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0);
pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0);

/* 等待两个线程结束*/
pthread_join(th_a, &retval);
pthread_join(th_b, &retval);

return 0;

from:linux社区

1.     进程ID为0的进程通常是调度进程，常常被称为交换进程
进程ID为1的进程通常是init进程，在自举过程结束时由内核调用
进程ID为2的进程页守护进程，负责支持虚拟存储系统的分页操作
2.     pid_t getpid( void ); 返回值：调用进程的进程ID     ＃i nclude <unistd.h>
3.     pid_t getppid( void ); 返回值：调用进程的父进程ID  
4.     uid_t getuid( void ); 返回值：调用进程的实际用户ID
5.     uid_t geteuid( void ); 返回值：调用进程的有效用户ID
6.     gid_t getgid( void ); 返回值：调用进程的实际组ID
7.     gid_t getegid( void ); 返回值：调用进程的有效组ID
8.     pid_t fork( void );创建子进程，返回值：子进程返回0，父进程返回子进程ID，出错-1
9.     ＃i nclude<sys/wait.h> pid_t wait(int *statloc);//statloc 保存进程终止状态的指针
10.     ＃i nclude<sys/wait.h>pid_t waitpid(pid_t pid,int *statloc,int options);
pid ==-1 等待任一子进程
pid >0 等待其子进程ID与pid相等的子进程
pid == 0 等待其组ID等于调用进程组ID的任一子进程
pid <-1 等待其组ID等于pid绝对值的任一子进程
options：
WCONTINUED 若实现支持作业控制，那么由pid指定的任一子进程在暂停后已经继续，但其状态尚未报告，则返回其状态
WNOHANG 若由pid指定的子进程并不是立即可用的，则waitpid阻塞，此时其返回0
WUNTRACED 若实现支持作业控制，而由pid指定的任一子进程已处于暂停状态，并且其状态自暂停以来还未报告过，则返回其状态
11.＃i nclude<unistd.h> int setuid(uid_t uid); 设置实际实际用户ID和有效用户ID；
int setgid(gid_t gid); 设置实际组ID和有效组ID；成功返回0，错误-1
12.＃i nclude<stdlib.h>int system(const char *cmdstring)
system返回值如下            
-1出现错误  
    0调用成功但是没有出现子进程  
    >0   成功退出的子进程的id

（二）线程

1. ＃i nclude<thread.h> int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2);
//相等返回非0，否则返回0
2. pthread_t pthread_self(void);返回调用线程的ID
3. int pthread_create(pthread_t *restrict tidp,
  const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void), void *restrict arg) ;
创建线程：成功返回0，否则返回错误编号
4. void pthread_exit(void *rval_ptr);//终止线程
5. int pthread_join(pthread_t thread, void **rval_ptr);
//自动线程置于分离状态，以恢复资源。成功返回0，否则返回错误编号
6. int pthread_cancel(pthread_t tid);
//请求取消同一进程中的其他线程;成功返回0，否则返回错误编号
7. void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void *), void *arg);
    //建立线程清理处理程序
8. void pthread_cleanup_pop(int execute);//调用建立的清理处理程序
9. int pthread_detach(pthread_t tid);//使线程进入分离状态，已分离也不出错
10.int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,
  const pthread_nutexattr_t *restrict attr)//初始化互斥量;成功0，失败返回错误编号
11.int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
//若有调用malloc动态分配内存则用该函数释放；成功0，失败返回错误编号
12.int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);//锁住互斥量
  int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);//尝试上锁
  int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);//解锁
  成功返回0，否则返回错误编号
13.int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr)//初始化读写锁
  int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);//释放资源，在释放内存之前使用
成功返回0，否则返回错误编号
14.int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//在读模式下锁定读写锁
  int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//在写模式下锁定读写锁
  int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//锁住读写锁
15.int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//尝试在读模式下锁定读写锁
  int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//尝试在写模式下锁定读写锁
成功返回0，否则返回错误编号
16.int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_condattr_t * restrict attr)
//初始化条件变量
  int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);//去除初始化条件变量
成功返回0，否则返回错误编号
17.int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex)
  int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex,
  const struct timespec *restrict timeout);
  //等待条件变为真，如果在给定的时间内条件不能满足，那么会生成一个代表出错码的返回变量 ；成功返回0，错误返回错误编号
18.int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);//唤醒等待该条件的某个线程
  int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond)//唤醒等待该条件的所有线程
19.int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);//初始化线程属性
  int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);//释放内存空间（动态分配时调用）
成功返回0，否则返回错误编号
20.int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *restrict attr, int *detachstate);
//获取线程的分离状态
  int pthread_attr_setdetachstate(const pthread_attr_t *restrict attr, int detachstate);
  //设置分离状态 PTHREAD_CREATE_DETACHED：以分离状态启动线程
  PTHREAD_CREATE_JOINABLE：正常启动线程，应用程序可以获取线程的终止状态
    成功返回0，否则返回错误编号
21.int pthread_attr_getstack(const pthread_attr_t *restrict attr,void **restrict stackaddr, size_t *restrict stacksize);//获取线程的栈位置
int pthread_attr_setstack(const pthread_attr_t *attr, void *stackaddr, size_t *stacksize)
//设置新建线程的栈位置 ；成功返回0，否则返回错误编号

(三)消息队列

1.每个队列都有一个msqid_ds结构与之相关联：
    struct msqid_ds{
      struct ipc_perm msg_perm;
          msgqnum_t msg_qnum; //消息的数量
      msglen_t msg_qbytes; //最大消息的长度
      pid_t msg_lspid;   //最后一个发送到消息队列的进程ID
      pid_t msg_lrpid;   //最后一个读取消息的进程ID
      time_t msg_stime;   //最后一次发送到消息队列的时间
      time_t msg_rtime;   //最后一次读取消息的时间
      time_t msg_ctime; //最后一次改变的时间
      。
      。
      。
  };
  struct ipc_perm{
      uid_t uid;//拥有者有效的用户ID
      gid_t gid;//拥有者有效的组ID
      uid_t cuid;//创建者有效的用户ID
      uid_t cgid;//创建者有效的组ID
      mode_t mode; //权限
      。
      。
  }
2.＃i nclude <sys/msg.h> int msgget(key_t key, int flag);
//打开一个现存的队列或创建一个新队列；成功返回0，出错返回-1
3.int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);//对消息队列执行多种操作
cmd 可选：
IPC_STAT 取此消息队列的msqid_ds结构，并将它放在buf指向的结构
  IPC_SET：按由buf指向结构中的值，设置与此队列相关结构中的下列四个字段：msg_perm.uid,msg_perm.gid,msg_perm.mode和msg_qbytes.此命令只有下列两种进程才能执行（1）其有效用户ID等于msg_perm.cuid或msg_perm.uid;（2）具有超级用户特权的进程
  IPC_RMID：从系统中删除消息队列以及仍在该队列中的所有数据。
成功返回0，失败返回-1
4.int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t nbytes, int flag)//发送消息到消息队列中
成功返回0， 不成功返回-1并设置errno，错误码：
EACCES   对调用程序来说，调用被否定
EAGAIN   操作会阻塞进程，但(msgflg & IPC_NOWAIT) != 0
EIDRM     msqid已经从系统中删除了
EINTR     函数被信号中断
EINVAL     参数msqid无效，消息类型<1,或者msgsz越界了
flag可以指定为IPC_NOWAIT 则不会阻塞直接返回EAGAIN
注：参数msgp指向用户定义的缓冲区，他是如下的结构
struct mymsg
{
long mtypes;     消息类型
char *mtext;   消息文本
}mymsg_t
5.ssize_t msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t nbytes, long type, int flag);//读取消息
成功则返回消息的数据部分的长度，出错则返回-1
type: type==0返回队列中的第一个消息
  type>0 返回队列中消息类型为type的第一个消息
  type<0返回队列中消息类型值小于或等于type绝对值的消息（多个取类型值最小的）

(四) 信号量

1. 内核为每个信号量集合设置了一个semid_ds结构：
  struct demid_ds{
    struct ipc_perm sem_perm;
    unsigned short sem_nsems; //信号量的个数
    time_t sem_otime; //上一次semop的时间
    time_t sem_ctime;//上一次change的时间
    。
。
};
2＃i nclude<sys/sem.h>. int semget(key_t key, int nsems, int flag);//创建信号量
成功返回一个对应于信号量集标识符的非负整数，不成功返回-1并设置errno，错误码：
EACCES   存在key的信号量，但没有授予权限
EEXIST   存在key的信号量，但是
    （ （semflg & IPC_CREATE） && (semflg & IPC_EXCL) ） != 0
EINVAL   nsems <= 0或者大于系统的限制，或者nsems与信号量集的大小不符
ENOENT   不存在key的信号量，而且(semflg & IPC_CTEATE) == 0
ENOSPC   要超出系统范围内对信号量的限制了
功能：
函数返回与参数key相关的信号量集标识符。
如果键值为IPC_PRIVATE,或者semflg&IPC_CREAT非零且没有信号量集或标识符关联于key,那么函数就创建标识符及与之相关的信号量集。
参数nsems指定了集合中信号量元素的个数，可用0到nsems-1的整数来引用信号量集合中的单个信号量元素。
参数semflg指定信号量集的优先级，权限的设置与文件权限设置相同，并可以通过semclt来修改权限值，在使用信号量元素之前，应该用semctl对其进行初始化。