Linux：线程概念及基本操作

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1、 线程的概念

• 1、线程是进程内部的一个执行分支，线程量级很小。（所谓的内部就是在进程的地址空间内运行）
• 2、一切进程至少都有一个线程

PCB1相当于主线程，新线程PCB2、PCB3、PCB4相当于用vfork创建出来的,它们指向同一块地址空间，它们隶属于同一个进程，但是他们有着自己的线程ID

1.1、线程和进程的区别

• 1、进程是资源竞争的基本单位
• 2、linux下没有真正意义的线程，因为linux下没有给线程设计专有的结构体，它的线程是用进程模拟的，而它是由多个进程共享一块地址空间而模拟得到的。
• 3、创建一个线程的资源成本小，工作效率高
• 4、Linux下cpu所看到的所以进程都可以看成轻量级的进程
• 5、进程是承担分配系统资源的基本实体，进程具有独立性(但进程间通信打破了独立性)
• 6、线程是cpu或操作系统调度的基本单位，线程具有共享性

1.2、线程共享的资源

• 同一块地址空间
• 文件描述符表（）
• 每种信号的处理方式（如：SIG_DFL,SIG_IGN或者自定义的信号优先级）
• 当前工作目录
• 用户id和组id

1.3、线程独立的资源

• 线程会产生临时变量，临时变量保存再栈上，所以每个线程都有自己的私有栈结构
• 每个线程都有私有的上下文信息。
• 线程ID
• 一组寄存器的值
• errno变量
• 信号屏蔽字以及调度优先级

1.4、线程控制

1.4.1、线程创建

1：POSIX线程库

• 与线程有关的函数构成了一个完整的系列，绝大多数函数的名字都是以“pthread_”打头的
• 要使用这些函数库，要通过引入头文件

#include

• 链接这些线程函数库时要使用编译器命令的“-lpthread”选项

2：函数格式

1、创建线程

功能：创建一个新的线程
原型
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*star
t_routine)(void*), void *arg);
参数
thread:返回线程ID
attr:设置线程的属性，attr为NULL表⽰示使⽤用默认属性
start_routine:是个函数地址，线程启动后要执⾏的函数
arg:传给线程启动函数的参数
返回值：成功返回0；失败返回错误码

2、获取线程id

函数1：syscall(int number,...)//获取内核线程id
函数2：pthread_self()//获取用户态线程id

了解内核线性和用户态线程可参考这里：
https://blog.csdn.net/zhangye3017/article/details/80396745

3、终止线程

• return返回
• pthread_exit(void *val)

功能：线程终止 原型
void pthread_exit(void *value_ptr);
参数
value_ptr:value_ptr 
返回值：无返回值，跟进程一样，线程结束的时候无法返回到它的调用者（自身）

• pthread_canel()取消线程，返回-1

功能：杀死一个执行中的线程
原型
int pthread_cancel(pthread_t thread);
参数
thread:线程ID
返回值：成功返回0；失败返回错误码

一个线程可以自己把自己杀死，也可以被别人杀死

eg1：
#include.h>
#include.h>
#include.h>

void *thread_run(void* arg)
{

    while(1)
    {
        printf("new thread,thread is :%u,pid:%d\n",pthread_self(),getpid());
    sleep(1);
    pthread_exit(NULL);
    }
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,thread_run,NULL);
    while(1)
    {//pthread_self()是获取线程id
        printf("main thread,thread is :%u,pid:%d\n",pthread_self(),getpid())    ;
        sleep(3);
        pthread_cancel(pthread_self());//杀死自己
    }

    return 0;
}

主线程和新线程那个先运行完全由调度器决定，这里主线程先打印一句后，时间片轮转到新线程，新线程打印后遇pthread_exit(NULL)退出，主线程再睡3秒，遇到 pthread_cancel(pthread_self())退出。

使用pthread_cancel()函数需要注意：
pthread_cancel()函数并不是立即退出的，直到遇到cancel点它才会退出，而系统调用都是cancel点（如printf函数）。
如果没有cancel点就需要人为手动加cancel点

手动添加cancel点函数
pthread_testcancel(void)

4、线程等待

为什么要线程等待呢？

• 1、就像子进程死亡，需要父进程等待并回收一样，新线程死亡，其空间没有被释放，需要主线程等待回收
• 2、如果再创建新的线程不会复用刚才退出线程的地址空间

int pthread_join(pthread_t thread,void **retval)
thread:线程ID
value_ptr:它指向一个指针，后者指向线程的返回值
返回值：成功返回0；失败返回错误码

作用：
- 主线程等待新线程退出，否则就会导致进程的内存泄漏
- 回收新线程的退出结果

eg2：
#include
#include
#include

void *thread_run(void* arg)
{

    printf("new thread,thread is :%u,pid:%d\n",pthread_self(),getpid());
    sleep(3);
    return (void*)1;
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,thread_run,NULL);
    sleep(3);
    void* ret;//获取新线程返回的信息
    pthread_join(tid,&ret);
    printf("join new thread success,ret :%d\n",(int)ret);//打印退出码
    return 0;
}

5、查看线程

1.5、分离线程

为什么要分离线程？

• 如果新线程创建后，不用pthread_join()等待回收新线程，那么就会造成内存泄漏，但是当等待新线程时，主线程就会一直阻塞，影响主线程处理其他链接要求，这时候就需要一种办法让新线程退出后，自己释放所有资源，因此产生了线程分离

1：线程自己退出后释放自己资源

int pthread_detach(pthread_self())

2：线程组内其他线程对目标线程进行分离

int pthread_detach(pthread_t thread)

返回值：成功返回0，失败返回错误码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
void *thread_run( void * arg  )
{
    printf("new thread dead\n");
    pthread_detach(pthread_self());
    return NULL;
}
int main( void  )
{
    pthread_t tid;
    if ( pthread_create(&tid, NULL, thread_run, "thread1 run...") != 0  ) {
        printf("create thread");
    }
    void *ret;
    sleep(1);
    if ( pthread_join(tid, NULL ) == 0  ) 
    {
        printf("pthread wait success,ret:%d\n",(int )ret);

    } 
    else 
    {
        printf("pthread wait failed\n");

    }
    return 0;
}

可以看出，如果一个线程进行了分离，那么就不需要pthread_join操作了。