?說到多進程和多線程，我就想起了《The art of Multiprocessor Programming》中的第一章的例子（我就看了第一章）

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On the first day of your new job, your boss asks you to find all primes between?1 and 10^10(never mind why), using a parallel machine that supports ten concurrent?threads. This machine is rented by the minute, so the longer your program?takes, the more it costs. You want to make a good impression. What do?you do?

我對多線程編程不是很熟，所以想用這個例子學習一下多線程編程。

單線程編程

如果不會用線程，那么就用最簡單的單線程解決這個問題。

//example1.c

#include?<stdio.h>?

#include?<stdlib.h>?

#include?<math.h>?

long?long?isPrime(int?num)?

{?

????long?long?i,?s;?

????s?=?(long?long)sqrt(double(num));?

????for(i?=?2;?i?<?s;?i++)?

????????if(num?%?i?==?0)?

????????????return?0;?

????return?1;?

}?

int?main()?

{?

????long?long?i,primes_count?=?0;?

????for(i?=?1?;?i?<=?10000000000L;?i++)?

????????primes_count?+=??isPrime(i);?

????printf("%lld?primes);?

????return?0;?

}?

注意：編譯時加上-lm，gcc -lm example1.c ?; 打印long long整數要用%lld

如果真用這段代碼跑10000000000L，估計幾個小時跑不完，幾天不知道能跑完嗎。我打算在16核的機器上跑一下，不過16核和單核一樣，因為是單線程。

?

多線程方法1

如果會使用線程，一個簡單的方法是10個線程平分這些數。

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pthread相關數據結構和函數

pthread_t 調用pthread_t返回的線程號，就是一個unsigned int;?

int pthread_create(pthread_t *, pthread_attr_t *, ?void* ?(*) (void*) , void*);

第一個參數是一個pthread_t，第二個是pthread_attr_t，具體看下面的用法，第三個是線程要運行的主函數，第四個是要給這個函數的參數。

(void*) (*) (void*) 是一個函數類型，就是類似于 void * ?run (void*)的函數。

void pthread_exit() 線程退出

int pthread_join(pthread_t *, void **) 主線程等待子線程退出，第二個參數直接用NULL就行

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//example2.c

#include?<stdio.h>?

#include?<stdlib.h>?

#include?<pthread.h>?

#include?<sys/types.h>?

#include?<unistd.h>?

#include?<math.h>?

long?long?isPrime(long?long?num)?

{?

????long?long?i,?s;?

????s?=?(long?long)sqrt((double)num);?

????for(i?=?2;?i?<?s;?i++)?

????????if(num?%?i?==?0)?

????????????return?0;?

????return?1;?

}?

?

void?*?run(void?*?param)?

{?

????long?long?start,end;?

????long?long?i,primes_count?=?0;?

????start?=(?(long?long*)param)[0];?

????end??=(?(long?long*)param)[1];?

????for(i?=?start?;?i?<?end;?i++)?

????????primes_count?+=??isPrime(i);?

????printf("Process?%d?Thread?%u?gets?%lld?primes?from?%lld?to?%lld\n",getpid(),(unsigned)pthread_self(),primes_count,start,end);?

????pthread_exit(0);?

}?

?

int?main()?

{?

????pthread_t?tid[10];?

????pthread_attr_t?attr;?

????long?long?start_end[10][2];?

????long?long??i;?

????for(i?=?0;?i?<?10;?i++)?

????{?

????????start_end[i][0]?=?i*10000;?

????????start_end[i][1]?=?(i+1)*10000;??

????????pthread_attr_init(&attr);?

????????pthread_create(&tid[i],&attr,run,(void*)start_end[i]);?

????}?

????for(i=?0;?i?<?10;?i++)?

????????pthread_join(tid[i],NULL);?

????return?0;?

}?

注意：使用pthread編譯要加上-lpthread。 gcc -lm -lpthread example2.c

運行結果：（不是10^10,只計算到100000)

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遇到的問題：

最開始我的主函數寫成這樣：

int?main()?

{?

????pthread_t?tid[10];?

????pthread_attr_t?attr;?

????long?long?start_end[2];?

????long?long?i;?

????for(i?=?0;?i?<?10;?i++)?

????{?

????????start_end[0]?=?i*10000;?

????????start_end[1]?=?(i+1)*10000;?

????????pthread_attr_init(&attr);?

????????pthread_create(&tid[i],&attr,run,(void*)start_end);?

????????pthread_join(tid[i],NULL);?

????}?

????return?0;?

}?

很明顯pthread_join地方寫錯了，這樣第一個進程運行完了才會創建第二個，但是由于每個線程平分，所以我沒發現結果有異常。

寫第三個程序時pthread_join也寫錯了位置，這才發現。但是我將pthread_join放到后面時，發現每個線程處理的數據段都是90000-100000，沒找到原因，因此我的start_end改成了二維數組，這樣各個線程就不會干擾了，具體的原因以后再研究。

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這個程序應該比第一個快，但是判斷第一段數據的線程使用的時間肯定沒有最后一段使用的時間的千分之一，最后9個人看一個人干活，我突然想到了什么。。。

多線程方法2

多線程的目的就是壓榨計算資源。我們可以使用下面的方法。

每個線程取一個數，然后判斷，判斷完了繼續取下一個，讓每個線程都不停的干活

線程取了1，判斷，線程2取2判斷，線程3取3，這時線程1干完了，接著取4，線程2又取5。。。。

#include?<stdio.h>?

#include?<stdlib.h>?

#include?<pthread.h>?

#include?<sys/types.h>?

#include?<unistd.h>?

#include?<math.h>?

long?long?number?=?1;?//每個線程先取數，再把這個數加1

long?long?isPrime(long?long?num)?

{?

????long?long?i,?s;?

????s?=?(long?long)sqrt((double)num);?

????for(i?=?2;?i?<?s;?i++)?

????????if(num?%?i?==?0)?

????????????return?0;?

????return?1;?

}?

static?pthread_mutex_t?mutex;?

void?*?run(void?*?param)?

{?

????long?long?primes_count=0;?

????long?long?i?=?1;?

????while(i?<?100000)?

????{?

//要使用鎖

????????pthread_mutex_lock(&mutex);?

????????i?=?number;?

????????number?++;?

????????pthread_mutex_unlock(&mutex);?

????????primes_count?+=??isPrime(i);?

????}?

????printf("Thread?%u?gets?%lld?primes\n",(unsigned??int)pthread_self(),primes_count);?

????pthread_exit(0);?

}?

?

?int?main()?

{?

????pthread_t?tid[10];?

????pthread_attr_t?attr;?

????pthread_mutex_init(&mutex,NULL);?

????int?i;?

?

????for(i?=?0;?i?<?10;?i++)?

????{?

????????pthread_attr_init(&attr);?

????????pthread_attr_setscope?(&attr,?PTHREAD_SCOPE_SYSTEM);?

????????pthread_create(&tid[i],&attr,run,NULL);?

????????//pthread_join(tid[i],NULL);?一開始把join放這，結果只有第一個線程干活，找了好久才發現位置錯了

????}?

????for(i?=?0;?i?<?10;?i++)?

????????pthread_join(tid[i],NULL);?

????return?0;?

}?

運行結果：

多進程實現

用多線程能完成的，多進程也可以。

#include?<stdio.h>?

#include?<stdlib.h>?

#include?<pthread.h>?

#include?<sys/types.h>?

#include?<unistd.h>?

#include?<math.h>?

#include?<sys/ipc.h>?

#include?<sys/shm.h>?

#include?<errno.h>?

#include?<string.h>?

long?long?isPrime(long?long?num)?

{?

????long?long?i,?s;?

????s?=?(long?long)sqrt((double)num);?

????for(i?=?2;?i?<?s;?i++)?

????????if(num?%?i?==?0)?

????????????return?0;?

????return?1;?

}?

?

int?main()?

{?

????pid_t?pid[10];?

????int?shmid;?

????long?long??i,primes_count=0;?

????long?long?*?addr;?

????shmid?=?shmget(IPC_PRIVATE,4096,IPC_CREAT|0600);?

????if(shmid?<?0)?

????{?

????????printf("get?shared?memory?failed\n");?

????????exit(1);?

????}?

????addr?=?(long?long*)?shmat(shmid,0,0);?

????*addr?=?1;?

????for(i?=?0;?i?<?3;?i++)?

????????fork();?

????while(i?<?100000)?

????{?

????????i?=?(*addr);?

????????(*addr)?++;?

????????primes_count?+=?isPrime(i);?

????}?

????printf("pid?%d?get?%lld?primes\n",getpid(),primes_count);?

????return?0;?

}?

?

注意：(1)使用循環fork，那么子進程還會fork，因此fork三次就得到了8個進程，在fork就16個進程了。要想產生10個進程，可以在主進程里寫10個fork語句，還得寫很多if(fork()==0)語句，懶得寫，就直接用循環了。加上主進程一個8個，先生完了孩子再干活，生完之后都成了兄弟，一起干。

? ? ? ? ? ?(2)這個程序有個嚴重的問題，使用了共享內存，但是沒有使用同步機制，沒有鎖，挺麻煩的，不會用，就沒寫。結果可能不正確。

? 運行結果：

?小結

我就截幾個圖

這是單線程的，CPU使用了100%，看來也不錯，但是我的CPU有200%，有兩個核（我用的虛擬機，可以分16個核哦親），因此單線程不能充分利用計算資源。

多線程的把我的CPU都用完了。哈哈

多進程的呢？算一算，也是200%。

其實在Linux里面線程也是進程，稱為LWP(Light Weighted Process)，只不過在生成的時候參數不同。在以后的文章里會深入研究。

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轉載于:https://blog.51cto.com/nxlhero/1075979

總結

以上是生活随笔為你收集整理的多进程与多线程(1)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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