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基于线程的并发编程
线程(thread) 就是运行在进程上下文中的逻辑流。
每个线程都有它自己的线程上下文 (thread context)，包括一个唯一的整数线程 (Thread ID, TID)、栈、栈指针、程序计数器、通用目的寄存器和条件码。所有的运行在一个进程里的线程共享该进程的整个虚拟地址空间。
基于线程的逻辑流结合了基于进程和基于 I/O 多路复用的流的特性。同进程一样，线程由内核自动调度，并且内核通过一个整数 ID 来识别线程。同基于 I/O 多路复用的流一样，多个线程 运行在单一进程的上下文中，因此共享这个进程虚拟地址空间的整个内容，包括它的代码、数据、堆、共享库和打开的文件。
（1）线程执行模型
每个进程开始生命周期时都是单一线程，这个线程称为主线程 (main thread)。在某一时刻，主线程创建一个对等线程 (peer thread)，从这个时间点开始，两个线程就并发地运行。最后，因为主线程执行一个慢速系统调用。或者因为它被系统的间隔计时器中断， 控制就会通过上下文切换传递到对等线程。对等线程会执行一段时间，然后控制传递回主线程，依次类推。
- 线程的上下文切换要比进程的上下文切换快得多。
- 不是按照严格的父子层次来组织的。
- 和一个进程相关的线程组成一个对等(线程)池 (pool)，独立于其他线程创建的线程。
- 主线程和其他线程的区别仅在于它总是进程中第一个运行的线程。
- 对等 (线程)池概念的主要影响是，一个线程可以杀死它的任何对等线程，或者等待它的任意对等线程终止。
- 每个对等线程都能读写相同的共享数据。
（2）Posix 线程
Posix 线程 (Pthreads) 是在 C 程序中处理线程的一个标准接口。Pthreads 定义了大约 60 个函数，允许程序创建、杀死和回收线程，与对等线程安全地共享数据，还可以通知对等线程系统状态的变化。
线程的代码和本地数据被封装在一个线程例程(thread routine) 中。如果想传递多个参数给钱程例程，那么你应该将参数放 到一个结构中，并传递一个指向该结构的指针。想要线程例程返回多个参数，你可以返回一个指向一个结构的指针。
（3）创建线程
pthread_create 函数创建一个新的线程，并带着一个输入变量arg，在新线程的上下文中运行线程例程f。能用attr参数来改变新创建线程的默认属性。
当 pthreadcreate 返回时，参数 tid包含新创建线程的ID。新线程可以通过调用 pthreadself 函数来获得它自己的线程 ID.
（4）终止线程
当顶层的线程例程返回时，线程会隐式地终止。 通过调用 pthreadexit 函数，线程会显式地终止。如果主线程调用 pthreadexit , 它会等待所有其他对等线程终止，然后再终止主线程和整个进程，返回值为 thread_return。
（5）回收已终止线程的资源
线程通过调用 pthread_join 函数等待其他线程终止。
pthreadjoin 函数会阻塞，直到线程 tid 终止，将线程例程返回的 (void*) 指针赋值为 threadreturn 指向的位置，然后回收己终止线程占用的所有存储器资源。
pthread join 函数只能等待一个指定的线程终止。
（6）分离线程
在任何一个时间点上，线程是可结合的 (joinable) 或者是分离的 (detached)。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)是没有被释放的。相反，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。
默认情况下，线程被创建成可结合的。为了避免存储器泄漏，每个可结合线程都应该要么被其他线程显式地收回，要么通过调用 pthread_detach 函数被分离。
pthreaddetach 函数分离可结合线程 tid. 线程能够通过以 pthreadself()为参数的 pthread_detach 调用来分离它们自己。
（7）初始化线程
pthreadonce 函数允许你初始化与线程例程相关的状态。
（8）一个基于线程的并发服务器
调用 pthread create 时，如何将已连接描述符传递给对等线程。最明显的方法就是传递一个指向这个描述符的指针。 对等线程间接引用这个指针，并将它赋值给一个局部变量。
5.多线程程序中的共享变量
（1）线程存储器模型
一个变量是共享的，当且仅当多个线程引用这个变量的某个实例。
（2）将变量映射到存储器
变量解释
全局变量全局变量是定义在函数之外的变量。在运行时，虚拟存储器的读/写区域只包含每个全局变量的一个实例，任何线程都可以引用。
本地自动变量本地自动变量就是定义在函数内部但是没有 static 属性的变量。在运行时，每个线程的栈都包含它自己的所有本地自动变量的实例。即使当多个线程执行同一个线程例程时也是如此。
本地静态变量本地静态变量是定义在函数内部并有 static 属性的变量。和全局变量一样，虚拟存储器的读/写区域只包含在程序中声明的每个本地静态变量的一个实例。
（3）共享变量
变量是共享的<=>当且仅当它的一个实例被一个以上的线程引用
6.用信号量同步线程
（1）进度图
进度图是将n个并发线程的执行模型化为一条n维笛卡尔空间中的轨迹线，原点对应于没有任何线程完成一条指令的初始状态。
当n=2时，状态比较简单，是比较熟悉的二维坐标图，横纵坐标各代表一个线程，而转换被表示为有向边
转换规则：
- 合法的转换是向右或者向上，即某一个线程中的一条指令完成
- 两条指令不能在同一时刻完成，即不允许出现对角线
- 程序不能反向运行，即不能出现向下或向左
而一个程序的执行历史被模型化为状态空间中的一条轨迹线。
线程循环代码的分解： H：在循环头部的指令块 L：加载共享变量cnt到线程i中寄存器%eax的指令。 U：更新（增加）%eax的指令 S：将%eax的更新值存回到共享变量cnt的指令 T：循环尾部的指令块
临界区：对于线程i，操作共享变量cnt内容的指令L,U,S构成了一个关于共享变量cnt的临界区。
不安全区：两个临界区的交集形成的状态
安全轨迹线：绕开不安全区的轨迹线
（2）信号量
信号量实现互斥的基本原理
两个或多个进程通过传递信号进行合作，可以迫使进程在某个位置暂时停止执行（阻塞等待），直到它收到一个可以“向前推进”的信号（被唤醒）；
将实现信号灯作用的变量称为信号量，常定义为记录型变量s，其一个域为整型，另一个域为队列，其元素为等待该信号量的阻塞进程(FIFO)。
信号量定义：
type semaphore=record
count: integer;
queue: list of process
end;
var s:semaphore;
使用信号量来实现互斥基本思想
将每个共享变量（或者一组相关的共享变量）与一个信号量s（初始为1）联系起来，然后用P和V操作将相应的临界区包围起来。
几个概念
二元信号量：用这种方式来保护共享变量的信号量叫做二元信号量，取值总是0或者1.
互斥锁：以提供互斥为目的的二元信号量
加锁：对一个互斥锁执行P操作
解锁:对一个互斥锁执行V操作
计数信号量：被用作一组可用资源的计数器的信号量
禁止区：由于信号量的不变性，没有实际可能的轨迹能够包含禁止区中的状态。
wait(s)/signal(s)的应用
进程进入临界区之前，首先执行wait(s)原语，若s.count<0，则进程调用阻塞原语，将自己阻塞，并插入到s.queue队列排队；
注意，阻塞进程不会占用处理机时间，不是“忙等”。直到某个从临界区退出的进程执行signal(s)原语，唤醒它；
一旦其它某个进程执行了signal(s)原语中的s.count+1操作后，发现s.count ≤0，即阻塞队列中还有被阻塞进程，则调用唤醒原语，把s.queue中第一个进程修改为就绪状态，送就绪队列，准备执行临界区代码。
生产者消费者问题
读者写者问题
7.使用线程提高并行性
8.其它并发问题
（1）线程安全
一个线程是安全的，当且仅当被多个并发线程反复的调用时，它会一直产生正确的结果。
（2）可重入性
当它们被多个线程调用时，不会引用任何共享数据。
显式可重入的：
所有函数参数都是传值传递，没有指针，并且所有的数据引用都是本地的自动栈变量，没有引用静态或全剧变量。
隐式可重入的：
调用线程小心的传递指向非共享数据的指针。
（3）在线程化的程序中使用已存在的库函数
使用线程不安全函数的可重入版本，名字以_r为后缀结尾。
（4）竞争
竞争发生的原因：
一个程序的正确性依赖于一个线程要在另一个线程到达y点之前到达它的控制流中的x点。也就是说，程序员假定线程会按照某种特殊的轨迹穿过执行状态空间，忘了一条准则规定：线程化的程序必须对任何可行的轨迹线都正确工作。
消除方法：
动态的为每个整数ID分配一个独立的块，并且传递给线程例程一个指向这个块的指针
（5）死锁
一组线程被阻塞了，等待一个永远也不会为真的条件
。参考: 深入理解计算机 20135201闫家欣 另: 娄老师请原谅我周日忘记交博客了 实在是周末太忙单纯忘记交了 希望老师原谅
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原文地址：http://www.cnblogs.com/20135331wenyi/p/5029538.html
