线程满汉全席之线程、多线程概念和线程函数

目录

线程概念篇：

线程（轻量级进程(LWP)）概念：

多线程的概念：

标识：pid和tgid的区分

 进程与线程的区别：

多线程和多进程的区别：

 线程函数篇：

线程创建：

线程终止（线程退出）：

线程等待：

线程分离：

 主线程退出的状况

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线程概念篇：

线程（轻量级进程(LWP)）概念：

线程就是一个执行流，创建一个线程就相当于在内核当中创建一个PCB（task_struct）,创建出来的PCB当中的内存指针是指向进程的虚拟地址空间的。

但我们存在一个疑问，创建子进程我们知道一个函数vfork,子进程拷贝父进程的PCB,这样子进程可执行父进程的进程虚拟地址空间，这样就存在一个大的问题：调用栈混乱；这也是我们不常用vfork函数的原因，倘若用vfork创建子进程的时候，我们必须让父进程进行进程等待，以避免产生调用栈混乱的问题，这样做和单进程效率一样，且浪费资源。

而我们如果创建一个线程，同样会出现刚才的情况，线程的PCB的内存指针指向进程的虚拟地址空间，这会不会带来vfork函数相同的问题？调用栈混乱

我们创建多线程的时候，其实并不会和vfork创建多进程一样，出现调用栈混乱的问题！

原因：我们在创建多线程的时候，创建一个线程就等于在内核中创建了PCB，而PCB的内存指针指向进程的虚拟地址空间，如果仅是如此，那肯定会造成调用栈混乱的问题！但是创建线程后，会在共享区开辟一段空间，保存着该线程自己独有的东西，其中就含有调用栈，如此一来，就避免了调用栈混乱的问题。

那在共享区开辟的空间上都保留着那些东西呢？

这就涉及了多线程间共享和独有的问题了。

共享:进程中所有的信息对该进程内的线程都是共享的，eg：进程虚拟地址空间，文件描述符表、信号的处理方式、进程当前的工作路径、用户ID、用户组ID、程序的全局内存、堆内存等等

独有：进程内执行环境所必须的信息，eg:线程ID、栈、errno变量、信号屏蔽字、调度优先级及策略、一组寄存器、线程的私有数据等等

多线程的概念：

由于一个线程就是一个执行流，那么多个线程就是多个执行流，在多核CPU的机器当中，同一时间，每一个执行流理论上都可以拥有一个CPU，然后并行的去运行，多线程可以提高运行的效率。

线程的概念是c库当中的概念，因为线程的接口都是c库提供的。底层调用clone接口

同时，承接上面的调用栈混乱的问题：

为了避免多线程出现调用栈混乱的问题，每创建一个子线程，就会在共享区开辟一段空间，保存该线程所独有的东西

标识：pid和tgid的区分

我们在PCB中即tack_struct结构体中看到两个变量：

pid_t pid;

pid_t tgid;

两个变量都是pid_t类型，他们有什么区别呢？

tgid：（thread group ID） 线程组id， 进程号,即进程内的主线程ID

pid ：（process ID）         线程ID，即我们创建的子线程ID

 进程与线程的区别：

一个进程可以包含若干线程，使用线程可以实现应用程序同时做几件事并且互相不干扰。

进程为应用程序的运行实例，是应用程序的一次动态执行，进程是操作系统进行资源分配的单位。

线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源。

线程与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。

多线程和多进程的区别：

多进程：每一个进程都用自己独立的虚拟地址空间，这个也是进程独立性的原因。一个进程的崩溃，不会导致另外一个进程受到影响。

               多进程的程序也可以提高程序运行效率（本质也是增加执行流），但是带来了进程间通信的问题。

多线程：多个线程则共享进程的数据空间，每个线程有自己的执行堆栈和程序计数器为其执行上下文。多线程主要是为了利用CPU时间，同时在一个进程内运行多个任务。

              但由于一个进程内多个线程共用一个虚拟地址空间，所以，一个执行流的异常会导致整个程序的退出，同时多线程还会导致程序健壮性低，代码编写复杂等问题。

 线程/多线程的优缺点

优点：

1. 创建一个线程所用的资源要比进程小（新建线程仅需要保存一些自己能独立执行程序的必要信息，新建进程会重新开辟一个新的进程虚拟地址空间）
2. 进程当中的不同线程可以并行的运行，多线程序可以提高程序的运行效率

缺点：

1. 健壮性/鲁棒性低
2. 多线程的程序当中有多个执行流，一旦一个执行流异常，会导致整个进程异常。
3. 缺乏访问控制
4. 编程难度高，多个执行流可以并发的执行，并发执行的时候，可能会访问同一个临界资源，我们需要对访问临界资源的顺序进行控制，防止程序产生二义性的结果。
5. 性能损失：线程在调度的时候是有开销的（上下文信息，程序计数器），如果大量的线程，会导致程序在频繁的切换，占用CPU去执行

线程函数篇：

前言：线程函数都是库函数，使用线程函数的时候我们需要链接线程库即增加  -lpthread  选项

线程创建：

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);

参数：

 thread：线程标识符，帮助我们标识一个线程，其实是一个出参，还记得线程创建的时候，要在共享区开辟弊端空间保存该线程独有的信息嘛，该标识符其实是这段空间的首地址

 attr：线程属性    eg：该线程的栈大小，栈的其实位置，调度优先级、分离属性等等

                                      ulimit -s 命令可以查看栈大小 

           如果我们传递一个nullptr空指针，线程创建的时候将会采用默认属性    

 start_routine：函数指针类型，创建的线程的入口函数，即新建线程要处理的任务函数

 arg:传递给线程入口函数的参数，注意：线程入口函数只能传递一个参数，如果你要传递多个参数，可以考虑自己定义一个结构体，将结构体地址作为arg进行传递

返回值：

      线程创建成功，将会返回0

      线程创建失败，将会返回错误码

 注意arg这个参数，

因为这个参数是传递给新建线程的入口函数的参数，我们要确保这个参数可以被新创建的线程所访问到；

如果我们传递一个临时变量，一定不可以，临时变量存放在主线程的栈上，而我们新创建的线程拥有自己的栈，无法访问主线程的栈，也就无法拿取那个临时变量。

而全局变量是可以的，因为全局变量存放在数据段，数据段是进程内线程共享的；堆也是进程内线程所共享的，我们也可以动态开辟一段空间，传递给新建线程，但注意及时释放这段空间，防止内存泄漏

注意：

同进程创建一样，线程创建时，并不能保证闹个线程先被执行：新建的线程，主线程都有可能先执行 

新建的线程会继承调用线程的信号屏蔽字，但是未决信号集将会被清除

线程终止（线程退出）：

线程退出的三种方法：

• return返回，退出
• 线程调用pthread_exit()函数
• 同一进程内的其他线程可以取消该线程

void pthread_exit(void *retval);

         哪个线程调用这个函数，那个线程就会退出；

int pthread_cancel(pthread_t thread);

         我们只需要传入一个线程标识符，就可以让该线程标识符表示的线程退出

         参数：thread：想终止的线程的标识符

         返回值：成功返回0；

                       失败返回错误码

线程等待：

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval)；

参数：thread：要等待的线程的线程标识符

           retval：一个二级指针，出参，用于获取线程的退出状态

对应线程退出的三种方法：

• return退出；retval保存的内容是return返回的值
• pthread_exit(void*)退出；retval保存该函数的参数
• pthread_cancel(pthread_t);* retval中保存一个常数：PTHREAD_CANCELED

如果我们不关心退出状态，可以传递一个nullptr空指针 

 pthread_join(pthread_t,void**)是一个阻塞接口，直至等待指定的线程退出

等待接口的作用：

线程在默认创建的时候，默认属性当中被认为joinable的

joinable：当线程退出的时候，需要其他线程来回收该线程的资源，如果没有线程回收，则在共享区中，对于退出线程的空间还是保留的，退出线程的资源没有被释放，也就造成了内存泄漏

所以我们调用线程等待接口，可以使指定的线程为分离状态，释放退出线程的资源，防止内存泄漏

如果我们不想进行线程等待，可使用线程分离接口，使线程为分离状态

线程分离：

改变线程的joinable属性，变成detach，从而在线程退出的时候，线程在共享区开辟的资源直接被系统回收，不需要其他线程来回收该线程的资源

int pthread_detach(pthread_t thread)；

参数：

   thread：线程标识符

返回值：

   成功返回0；

   失败返回错误码

 主线程退出的状况

我们都知道每个进程中必定有一个主线程，倘若我们调用线程终止接口，是主线程退出，那么整个进程会退出吗？

只要有工作线程程，进程是不会退出的：（主线程类似进入Z状态，称为所谓的“僵尸线程”）

如下面代码所示：主线程退出之后，整个进程不会退出，工作线程状态在R/S之间来回切换

void* start(void* arg)
{
   while(1)
   {   

     printf("I am working\n");    
   }   
}

int main()
{
   pthread_t tid;
   int ret=pthread_create(&tid,NULL,start,NULL);
    if(ret!=0)
    {   
      perror("pthread_create");
      return -1; 
    }   
    pthread_exit(NULL);
    return 0;
}

如果没有工作线程，那么整个进程就会退出

void* start(void* arg)
{
//   while(1)
   {   
    sleep(1);
     printf("I am working\n");    
   }   
}

int main()
{
   pthread_t tid;
   int ret=pthread_create(&tid,NULL,start,NULL);
    if(ret!=0)
    {   
      perror("pthread_create");
      return -1; 
    }   
    sleep(3);
    pthread_exit(NULL);
    return 0;
}

注：如果本篇博客有任何错误和建议，欢迎伙伴们留言，你快说句话啊！