《嵌入式Linux应用编程（六）：并发编程基础：多进程exec函数族及多线程基础》

一、exec函数族

        在一个进程里面执行另一个文件

        本质：将文本区的指令代码替换成exec要执行的指令

#include <unistd.h>


参数：path:要执行的可执行文件的路径和名称
arg:执行该可执行文件时需要传递的参数
NULL：参数传递结束标志
返回值：错误为1，正确不返回

int execlp(const char *file, const char *arg, .../* (char  *) NULL */);

功能：从PATH指定的系统路径下寻找该可执行文件

参数：file：需要执行的可执行文件的名称（系统路径下已有的文件）

         arg:执行该可执行文件时需要传递的参数

        NULL：参数传递结束标志

int execle(const char *path, const char *arg, .../*, (char *) NULL, char * const envp[] */);

execle 函数允许自定义环境变量传递给新程序。参数 path 为可执行文件的完整路径，arg 为参数列表，envp 是一个字符串数组，表示新的环境变量（格式为 "KEY=value"），以 NULL 结尾。

int execv(const char *path, char *const argv[]);

execv 与 execl 功能相同，但参数传递方式不同。execv 使用字符串数组 argv 传递参数（数组末尾需为 NULL），适合动态生成参数的场景。

int execvp(const char *file, char *const argv[]);

execvp 结合了 execv 和 execlp 的特点：从系统路径查找可执行文件，并通过数组传递参数。参数 file 为文件名，argv 为参数数组（含命令自身）。

int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

execvpe 是 execvp 的扩展版本，支持自定义环境变量。参数 envp 为环境变量数组，格式与 execle 相同。非标准函数，需确保系统支持（如 GNU 扩展）。

代码

#include <stdio.h>int main(void)
{printf("Hello World!\n");return 0;
}

编译命令为gcc text.c -o hello

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{//execl("./hello", "./hello", NULL);//execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);//execlp("ls", "ls", "-l", NULL);//char *arg[] = {"ls", "-l", NULL};//execv("/bin/ls", arg);// char *arg[] = {"ls", "-l", NULL};// execvp("ls", arg);return 0;
}

l：list  列表
p：path  路径 ： 系统路径
v：vector 容器
e：env  环境变量

二、system

system相当于调用了一次fork（），父进程等待子进程运行结束后，在进行运行

不调用system函数接口，实现system的功能

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>int my_system(char *buff)
{char *arg[10] = {NULL};int i = 0;char cmd[512] = {0};strcpy(cmd, buff);arg[i] = strtok(cmd, " ");while (arg[i] != NULL){printf("arg[%d] = %s\n", i, arg[i]);i++;arg[i] = strtok(NULL, " ");}pid_t pid = fork();if (pid > 0){wait(NULL);}else if (0 == pid){execvp(arg[0], arg);}return 0;}int main(int argc, const char *argv[])
{printf("system : pid = %d\n", getpid());
//	system("./hello");my_system("ls -l");printf("After system\n");return 0;
}

三、线程

1.什么是线程

        轻量级的线程，可实现多任务的并发。
进程是操作系统资源分配的最小单位；
线程是操作系统任务调度的最小单位。

2.线程的创建

        线程由某个进程创建。

        进程创建线程时，会为其分配独立的8M的独立的栈区空间

        线程所在的进程，以及进程中的其他线程，共用进程的堆区、数据区、文本区。

3.线程的调度

        宏观并行，微观串行

4.线程的消亡

        1）线程退出

        2）回收线程资源空间

5.进程和线程的区别

        1）进程

        资源消耗：

                进程是操作系统资源分配的最小单位；

                资源开销大，每次创建都需要0-4G的虚拟空间

        效率方面：

                由操作系统创建，耗时比线程久；跨进程调度比跨线程慢

        通信方面：

                进程间不能之间通信，需要使用进程间通信机制（IPC）机制

        安全性角度：

                进程安全性比线程高，各进程空间独立

        2）线程

        资源消耗：

                线程是操作系统任务调度的最小单位。

                资源开销小，只需要所在进程为其开辟8M的栈区空间

        效率方面：

                        由所在进程创建跨进程调度比跨线程调度慢:

        通信方面:

                        通信简单，可以使用线程共享的区域进行通信(比如全局变量)

        安全性角度:

                        线程没有进程安全，一个线程异常可能影响同一进程中所有线程

6.线程的相关编程

1）线程的创建

#include <pthread.h>int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);

功能：

        创建一个新线程

参数：

        thread:保存线程ID的变量地址

        attr:线程属性的对象地址

        NULL：按照默认属性创建

         void *(*start_routine) (void *)：函数指针，函数名start_routine，指向线程启动后要执行的任务（线程任务函数）

        arg：为线程任务函数传递的参数

返回值：

        成功：0

        失败：非0

        pthread—self（）：获取当前线程ID号

        pthread_create是不是linux函数，编译和链接时要加-lpthread

        进程创建线程后，进程不能先退出，加sleep（）

2）线程调度；由操作系统调度

3）线程退出

        I.线程退出

                void pthread_exit(void *retval);

                功能:退出一个线程任务

                参数:

                        retval:向回收的线程传递的参数的地址(NULL表示不传递参数）

        II.线程回收

                int pthread_join(pthread t thread, void * *retval).

                功能:回收线程资源空间

                参数:
thread:要回收的线程ID

                        retvaf用来保存线程退出时传递的参数(NULL表示不传递参数）

                返回值：

                        成功：0

                        失败-1

                III：线程属性

                        1.分离属性：不需要被其他线程回收的线程称为分离属性得到线程，将来会被操作系统所回收

                int pthread_detach(pthread_t thread);

                功能：将线程设置为分离属性的线程

                        2.非分离属性：可以被其他线程回收或者结束的线程，称为非分离属性的线程（默认属性：非分离属性）

                IV：线程回收策略：

                1.分离属性的线程：不需要回收。（没有空闲的线程可以帮忙回收时）

                2.非分离属性的线程：pthread_join()阻塞回收

7.线程间通信

        全局变量通信

        临界资源：多个线程可以同时访问的资源称为临界资源：比如，全局变量、共享内存区域等

        如何解决资源竞争问题：

                1）互斥机制：多个线程访问临界资源时，具有排他性访问的机制（一次只允许一个线程对该临界资源进行访问）

                互斥锁->解决资源竞争问题。

                步骤：

                        1.创建互斥锁：pthread_utex_t 

                        2.初始化互斥锁:pthread_mutex_init

                        3.加锁:pthread_mutex_lock

                        4.解锁：pthread_mutex_unlock

                        5.销毁锁：pthread_mutex_destroy

int pthread mutex init(pthread mutex t *restrict mutex.const pthread mutexattr t*restrict attr)

        功能:初始化互斥锁

        参数:mutex:锁对象地址
attr:锁的属性(NULL:默认属性)

        返回值:成功：0

                     失败：-1

 int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

        功能：加锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

        功能：解锁

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

        功能：销毁锁

四、线程相关代码

1.创建线程
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
void *task(void *arg)
{printf("I am thread : tid = %ld\n", pthread_self());
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t tid;int ret = pthread_create(&tid, NULL, task, NULL);if(ret != 0){printf("pthread_create error\n");return -1;}sleep(2);return 0;
}

2.让线程输出一个学生的信息

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>struct stu
{int id;char name[20];
}Stu;void *task(void *arg)
{struct stu *student = (struct stu *)arg;  printf("%d\n%s\n", student->id, student->name);return NULL;
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t tid;struct stu s = {1,"wang"};int ret = pthread_create(&tid, NULL, task, &s);if(ret != 0){printf("pthread_create error\n");return -1;}sleep(1);return 0;
}

3.线程模拟无人机工作

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>void *task1(void *arg)
{ while(1){printf("主控模块正在运行\n");pthread_exit(NULL);}
}void *task2(void *arg)
{ while(1){printf("控制模块正在运行\n");pthread_exit(NULL);}
}void *task3(void *arg)
{ while(1){printf("图像采集模块正在运行\n");pthread_exit(NULL);}
}void *task4(void *arg)
{ while(1) {printf("图像发送模块正在运行\n");pthread_exit(NULL);}
}void *task5(void *arg)
{ while(1){printf("指令接收模块正在运行\n");pthread_exit(NULL);}
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t tid1;pthread_t tid2;pthread_t tid3;pthread_t tid4;pthread_t tid5;int ret1,ret2,ret3,ret4,ret5;ret1 = pthread_create(&tid1, NULL, task1, NULL);ret2 = pthread_create(&tid2, NULL, task2, NULL);ret3 = pthread_create(&tid3, NULL, task3, NULL);ret4 = pthread_create(&tid4, NULL, task4, NULL);ret5 = pthread_create(&tid5, NULL, task5, NULL);if(0 != ret1 && 0 != ret2 && 0 != ret3 && 0 != ret4 && 0 != ret5){printf("pthread_create error\n");return -1;}sleep(1);pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);pthread_join(tid3, NULL);pthread_join(tid4, NULL);pthread_join(tid5, NULL);return 0;
}

4.加互斥锁解决资源竞争问题

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>int num_g = 0;
pthread_mutex_t mutex;void *task1(void *arg)
{for (int i = 0; i < 100000; i++){pthread_mutex_lock(&mutex);num_g = num_g+1;printf("num_g = %d\n", num_g);pthread_mutex_unlock(&mutex);}
}void *task2(void *arg)
{for (int i = 0; i < 100000; i++){pthread_mutex_lock(&mutex);num_g = num_g+1;printf("num_g = %d\n", num_g);pthread_mutex_unlock(&mutex);}}int main(int argc, const char *argv[])
{pthread_t tid[2];pthread_mutex_init(&mutex, NULL);pthread_create(&tid[0], NULL, task1, NULL);pthread_create(&tid[1], NULL, task2, NULL);pthread_join(tid[0], NULL);pthread_join(tid[1], NULL);pthread_mutex_destroy(&mutex);return 0;
}

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