75-初识线程

1. 问题提出

编写程序模拟 Allen 和 Luffy 爬楼，楼层是从 1-10 层。Allen 每上一层休息 10ms，Luffy 每上一层休息 5ms. （需要注意的是 Allen 和 Luffy 是一起爬楼的，而非某个人先爬楼，爬完后接着另一个人爬楼。）

对于上述问题，利用多进程编程可以很好的解答。我们可以在父进程中执行 Allen 的爬楼过程而在子进程中执行 Luffy 的爬楼过程。

但是！如果要求用单进程来实现它，要怎么办？如果在单进程中写这样的代码，你应该怎么去实现？（假设你还不知道多线程的概念。）

看起来是不是手足无措？

好了，如果真不让你用多线程，估计这个问题你也很难解决。不过，你要知道在 Linux 2.4 内核之前，操作系统是不提供线程支持的（请参考​​《Linux 中 pthread 线程库历史》 ​​），你只能使用 pthread 线程函数库来创建线程（用户级线程），这也就是说，再没有多线程库的情况下，也能解决此问题。所以，不使用多线程库来解决它的方案，暂且作为一个难题抛出来。

2. 解决思路

使用 pthread 线程库，利用多线程解决爬楼问题。

这里只要粗略了掌握创建线程的函数 pthread_create 就行，有关此函数的知识，后文将会给出详细的介绍。

typedef void *(*start_routine) (void *);

int pthread_create(pthread_t *thread, const

这里先大致介绍一下各个参数：

• thread: 传出参数，用来存储线程 id（你可以类比进程 id），通常它是个整数。
• attr: 传入参数，用来设置线程属性。本文实验，先传空指针。
• th_fn: 线程入口函数。线程启动后，进入这个函数。
• arg: 线程入口函数的参数。

该函数返回 0 表示成功。

3. 程序清单

• 代码

// hellothread.c

#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

// 线程入口函数
void* th_fn(void *arg) {
  char* name = (char*)arg;
  int i;

  for (i = 1; i <= 10; ++i) {
    printf("%s : %d\n", name, i); 
    // 判断是 Allen 还是 Luffy
    if (strcmp("Allen", name) == 0)
      usleep(1000*10); // 10 ms
    else
      usleep(1000*5); // 5ms
  }

  return NULL;
}


int main() {
  int err;
  pthread_t allen, luffy;
  char *name1 = "Allen";
  char *name2 = "Luffy";

  // 创建 allen 线程。
  err = pthread_create(&allen, NULL, th_fn, (void*)name1);
  if (err != 0) {
    perror("pthread_create");
    return -1; 
  }
  // 创建 luffy 线程
  err = pthread_create(&luffy, NULL, th_fn, (void*)name2);
  if (err != 0) {
    perror("pthread_create");
    return -1; 
  }

  // 问题：如果没有此行，会发生什么？
  sleep(3);

  // 打印线程 id 号
  printf("Allen id: %lx\n", allen);
  printf("Luffy id: %lx\n", luffy);

  return 0;
}

• 编程和运行

// 注意需要链接 pthread 库
$ gcc hellothread.c -o hellothread -lpthread
$ ./hellothread

• 运行结果

不出意外，我们能看到 Luffy 总是先到达 10 楼 ^_^. 另外，每次运行的结果可能都不一样。

4. 总结

• 初步理解什么是多线程
• 知道线程有自己的 id 号
• 认识到多进程和多线程的不同
• 线程被创建完成后，线程函数什么时候被执行，哪个线程先被调度是未知的。

练习1：使用多进程完成本文中的实验。
练习2：使用多线程完成本文中的实验。
练习3：删除多线程代码中 main 函数里的 sleep(3)，观察效果。