1. 简介
在Linux下使用C语言进行多线程编程可以充分利用多核处理器的优势，提高程序的性能和响应速度。本文将介绍Linux下C语言多线程编程的基本知识、常用的多线程函数、线程同步与互斥机制等。
2. 基本知识
2.1 线程和进程
线程是进程的一部分，是程序执行的最小单位。在Linux中，每个进程至少有一个线程，即主线程。每个线程都有自己的栈空间和寄存器上下文，但共享进程的其他资源，如内存、文件描述符等。
线程之间的切换比进程之间的切换要快，因为线程共享进程的虚拟地址空间。因此，多线程编程可以更有效地利用系统资源。
2.2 创建线程
在C语言中，可以使用pthread_create函数来创建线程。该函数的原型为：
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
void *(*start_routine)(void*), void *arg);
其中，thread是一个线程标识符，attr是线程的属性（通常使用默认值NULL），start_routine是线程要执行的函数，arg是传递给start_routine函数的参数。
下面是一个简单的例子：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void *thread_function(void *arg) {
int i;
for (i = 0; i < 5; i++) {
printf("Thread: %d\n", i);
sleep(1);
}
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread;
pthread_create(&thread, NULL, thread_function, NULL);
int i;
for (i = 0; i < 5; i++) {
printf("Main: %d\n", i);
sleep(1);
}
pthread_join(thread, NULL);
return 0;
}
上面的代码中，主线程创建了一个新的线程来执行thread_function函数。主线程和新线程分别打印自己的计数器，使用sleep函数暂停1秒来模拟并发执行。最后，主线程通过pthread_join函数等待新线程执行完毕。
运行上面的程序，可以看到主线程和新线程的计数器交替增加。
2.3 线程同步
在多线程编程中，可能会存在多个线程同时访问共享资源的情况，为了避免竞争条件和脏数据的出现，需要使用线程同步机制。
常见的线程同步机制有：
互斥锁（Mutex）：确保同时只有一个线程可以访问共享资源。
条件变量（Condition variable）：用于线程之间的通信和同步。
信号量（Semaphore）：用于控制对共享资源的访问数量。
下面是一个使用互斥锁的例子：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
int count = 0;
pthread_mutex_t mutex;
void *thread_function(void *arg) {
int i;
for (i = 0; i < 5; i++) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
count++;
printf("Thread: %d, count: %d\n", i, count);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(1);
}
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread1, thread2;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_create(&thread1, NULL, thread_function, NULL);
pthread_create(&thread2, NULL, thread_function, NULL);
int i;
for (i = 0; i < 5; i++) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
count++;
printf("Main: %d, count: %d\n", i, count);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(1);
}
pthread_join(thread1, NULL);
pthread_join(thread2, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}
上面的代码中，定义了一个全局的计数器count和一个互斥锁mutex，用于对计数器的访问进行同步。新线程和主线程分别对计数器加1并打印，使用互斥锁对计数器的访问进行保护。
运行上面的程序，可以看到计数器的值是正确的。
3. 常用的多线程函数
除了pthread_create函数之外，还有一些常用的多线程函数，如：
pthread_join：等待指定的线程结束。
pthread_exit：终止当前线程。
pthread_self：获取当前线程的线程ID。
pthread_cancel：取消指定的线程。
这些函数的使用方法可以参考相应的函数文档。
3.1 线程属性
创建线程时可以指定线程的属性，如线程的栈大小、调度策略等。常用的线程属性函数有：
pthread_attr_init：初始化线程属性。
pthread_attr_setstacksize：设置线程栈的大小。
pthread_attr_setschedpolicy：设置线程的调度策略。
这些函数的使用方法可以参考相应的函数文档。
4. 总结
本文介绍了在Linux下使用C语言进行多线程编程的基本知识、常用的多线程函数、线程同步与互斥机制等。使用多线程编程可以充分利用多核处理器的优势，提高程序的性能和响应速度。
需要注意的是，多线程编程需要合理地处理线程间的同步和共享资源的访问，避免竞争条件和脏数据的出现。可以使用互斥锁、条件变量等线程同步机制来解决这些问题。
最后，编写多线程程序时需要注意线程的创建、等待和销毁，以及线程属性的设置。熟练掌握这些知识和技术，可以编写出高效、可靠的多线程程序。