面试题：C语言中Linux多线程负载均衡基础

Question

在Linux环境下使用C语言进行多线程编程实现负载均衡时，通常会用到哪些关键函数来创建和管理线程？请简要描述它们的作用。

Answer 1

在Linux环境下使用C语言进行多线程编程实现负载均衡，通常会用到以下关键函数：

1. pthread_create：
   • 作用：用于创建一个新的线程。它允许指定线程要执行的函数，以及传递给该函数的参数。通过这个函数，我们可以启动多个线程来并行处理任务，以实现负载均衡。例如，我们可以创建多个线程，每个线程负责处理一部分任务数据。
   • 函数原型：int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
2. pthread_join：
   • 作用：用于等待指定线程的结束。主线程调用pthread_join可以阻塞自身，直到被等待的线程执行完毕。这在负载均衡场景中很有用，比如主线程创建了多个工作线程来处理任务，主线程可以使用pthread_join等待所有工作线程完成任务，然后再进行后续的汇总等操作。
   • 函数原型：int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
3. pthread_mutex_init、pthread_mutex_lock、pthread_mutex_unlock：
   • pthread_mutex_init作用：初始化一个互斥锁。在多线程环境下，为了避免多个线程同时访问共享资源导致数据不一致等问题，需要使用互斥锁进行同步。例如，多个线程可能需要访问共享的任务队列，就可以使用互斥锁来保护这个队列。
   • 函数原型：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);
   • pthread_mutex_lock作用：加锁操作。当一个线程调用pthread_mutex_lock时，如果互斥锁当前未被锁定，那么该线程将锁定这个互斥锁并继续执行；如果互斥锁已被其他线程锁定，那么调用线程将被阻塞，直到互斥锁被解锁。
   • 函数原型：int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
   • pthread_mutex_unlock作用：解锁操作。当线程完成对共享资源的访问后，调用pthread_mutex_unlock来释放互斥锁，使得其他等待的线程可以获取锁并访问共享资源。
   • 函数原型：int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
4. pthread_cond_init、pthread_cond_wait、pthread_cond_signal：
   • pthread_cond_init作用：初始化一个条件变量。条件变量通常与互斥锁配合使用，用于线程间的同步。例如，在负载均衡场景中，任务队列空时，工作线程可以等待条件变量，当有新任务加入队列时，通过条件变量通知工作线程。
   • 函数原型：int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);
   • pthread_cond_wait作用：使调用线程阻塞等待条件变量被触发。调用此函数时，线程会先释放它持有的互斥锁（以避免死锁），然后进入等待状态。当条件变量被pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast唤醒时，线程重新获取互斥锁并继续执行。
   • 函数原型：int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
   • pthread_cond_signal作用：唤醒一个等待在条件变量上的线程。当某个线程完成了一些操作（如向任务队列中添加了新任务），调用pthread_cond_signal来通知等待的线程有新情况发生，等待线程可以被唤醒并处理新任务。
   • 函数原型：int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);