小峰没有疯
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014Linux线程及线程控制相关函数

linux 学习笔记

  • 线程和线程控制相关函数
    • 1. 线程概念
      • 1.1 ps -Lf pid 查看线程
      • 1.2 线程共享/非共享资源
      • 1.3 线程 优缺点
    • 2. 线程控制函数
      • 2.1 pthread_self 函数
        • demo 打印当前进程的线程ID（相当于一个线程的进程）
      • 2.2 pthread_create 函数
        • demo 创建一个线程
        • demo 循环创建线程
    • 3. 线程与共享
      • 3.1 demo 线程共享全部变量
      • 3.2 pthread_exit 函数
        • demo 线程退出 分 success 和 error两版本
      • 3.3 pthread_join 函数
        • demo 回收线程终止状态
      • 3.4 pthread_cancel 函数
        • demo 杀死线程
      • 3.5 pthread_detch 函数
        • demo 线程分离
    • 4. 线程属性
      • 4.1 Linux 2.2 线程属性
      • 4.2 线程属性初始化
      • 4.3 线程的分离状态
        • demo 修改线程分离属性
      • 4.4 使用线程的注意事项

线程和线程控制相关函数

1. 线程概念

在一个进程内部，有时不一定只有一个执行流，在多执行流下，多个执行流共享了进程的地址空间，我们把“一个程序内部的控制序列”叫做线程

在Linux下，其实没有真正意义上的线程概念，是用进程来模拟的。

Linux 的线程也叫 LWP (light weight process) 轻量级的进程，本质仍是进程（在Linux环境下）

进程和线程的区别
进程：独立地址空间，拥有PCB
线程：有独立的PCB，但没有独立的地址空间（共享）
区别：在于是否共享地址空间

Linux下:
线程：最小的执行单位
进程；最小分配资源单位，可看成是只有一个线程的进程

1.1 ps -Lf pid 查看线程

查看线程
ps -Lf pid		// 查看该进程的线程号（区别于进程ID）

014Linux线程及线程控制相关函数_第1张图片

1.2 线程共享/非共享资源

线程共享资源

  1. 文件描述符
  2. 每种信号的处理方式（mask不共享）
  3. 当前工作目录
  4. 用户ID和组ID
  5. 内存地址空间（.text / .data/ .bss/ heap 共享库）

线程非共享资源
6. 线程id
7. 处理器现场和栈指针（内核栈）
8. 独立的栈空间（用户空间栈）
9. errno变量
10. 信号屏蔽字
11. 调度优先级

1.3 线程 优缺点

优点：1. 提高程序的并发性 2. 开销小 3. 数据通信、共享数据方便
缺点：1. 库函数，不稳定 2. 调试、编写困难、gdb不支持 3. 对信号支持不好

优点相对突出，缺点均不是硬伤。Linux下由于实现方法导致进程、线程差别不是很大

2. 线程控制函数

2.1 pthread_self 函数

获取线程ID，其作用对应进程中 getpid() 函数

man pthread_self		// obtain ID of the calling thread

#include

pthread_t pthread_self(void);

返回值：
成功：0
失败：无！

线程ID：pthread_t 类型，本质：在Linux下为无符号整数（%lu），其他系统中可能是结构体实现
线程ID是进程内部，表示标志。（两个进程间，线程ID允许相同）

demo 打印当前进程的线程ID（相当于一个线程的进程）

/* pthread_create.c */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

void sys_error(const char * str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}

int main(int argc, char * argv [ ])
{
	pthread_t tid;

	tid = pthread_self();

	printf("main:pid = %d, tid = %lu\n", getpid(), tid);

	return 0;
}

注意：编译和链接的时候需要加 -lpthread
在这里插入图片描述

2.2 pthread_create 函数

创建一个新线程。 其作用，对应进程中fork（）函数

man pthread_creat		// creat a new thread

#include

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

返回值：
成功：0
失败：返回错误号

参数：

pthread_t 		相当 typedef unsigned long int		pthread_t

thread: 传出参数，保存系统为我们分配好的线程ID
attr：通常传NULL，表示使用线程默认属性。若想使用具体属性也可以修改该参数
start_routine：函数指针，指向线程主函数（线程体），该函数运行结束，则线程结束。
arg：线程主函数执行期间所要用到的参数

在一个线程中调用pthread_creat() 创建新的线程后，当前线程从 pthread_create() 返回继续往下执行，而新的线程所执行的代码由我们传给 pthread_create 的函数指针 start_routine 决定。start_routine 函数接收一个参数，是通过 pthread_creat 的arg参数传递给它的，该参数的类型为 void*，这个指针按什么类型解释由调用者自己定义。

demo 创建一个线程

/* pthread_create1.c */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

void sys_error(const char * str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}

void* tfn(void * arg)
{
	printf("thread:pid = %d, tid = %lu\n", getpid(), pthread_self());

	return NULL;
}

int main(int argc, char * argv [ ])
{
	pthread_t tid;


	printf("main:pid = %d, tid = %lu\n", getpid(), pthread_self());

	int ret = pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);
	if(ret != 0)
		sys_error("pthread_create error\n");

	sleep(10);

	return 0;
}

在这里插入图片描述

demo 循环创建线程

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

void sys_error(const char * str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}
void *tfn(void* arg)
{
	int i = (int)arg;		// 强转
	sleep(i);

	printf("--I'm %dth thread:pid = %d, tid = %lu\n", i+1, getpid(), pthread_self());

	return NULL;
}

int main(int argc, char * argv [])
{
	int i;
	int ret;
	pthread_t tid;
	

	for (i = 0 ; i < 5 ; i++)
	{
		ret = pthread_create(&tid, NULL, tfn, (void *)i);	// 注意强转传的是i的值
		if (ret != 0)
		{
			sys_error("pthread_creat error\n");
		}
	}

	sleep(i);
	printf("main:I'm main, pid = %d, tid = %lu\n", getpid(), pthread_self());
}

如果上述参数传递地方传的是i的地址，则会发生线程程序内调用的是main函数里面的i，调用晚的话，会出现已经i++的情况。

014Linux线程及线程控制相关函数_第2张图片

3. 线程与共享

线程间共享全局变量
线程默认共享数据段、代码段等地址空间，常用的就是全局变量。而进程不共享全局变量，只能借助mmap。

3.1 demo 线程共享全部变量

/* glb_var.c */
#include
#include
#include
#include

int var = 100;

void *tfn(void* arg)
{
	var = 200;

	printf("thread, var = %d\n", var);

	return NULL;
}

int main(int argc, char * argv [ ])
{
	printf("At first var = %d\n", var);

	pthread_t tid;
	pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);
	sleep(1);

	printf("after pthread_create, var = %d\n", var);

	return 0;
}

014Linux线程及线程控制相关函数_第3张图片

3.2 pthread_exit 函数

将单个线程退出

man pthread_exit		// terminate calling thread

#include

void pthread_exit(void* retval);

参数：
retval 表线程退出状态，通常传NULL

demo 线程退出 分 success 和 error两版本

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

void sys_error(const char * str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}
void *tfn(void* arg)
{
	int i = (int)arg;
	sleep(i);

	if (i == 2)
		//exit(0);			// exit 是退出进程，所以不打印后续线程
		//return NULL;		// return NULL 能实现退出线程，返回到调用者上面取
		pthread_exit(NULL);	// 将当前线程退出
	printf("--I'm %dth thread:pid = %d, tid = %lu\n", i+1, getpid(), pthread_self());

	return NULL;
}

int main(int argc, char * argv [])
{
	int i;
	int ret;
	pthread_t tid;
	

	for (i = 0 ; i < 5 ; i++)
	{
		ret = pthread_create(&tid, NULL, tfn, (void *)i);
		if (ret != 0)
		{
			sys_error("pthread_creat error\n");
		}
	}

	//sleep(i);		// 防止主进程退出，线程未执行，所以睡一会等线程先执行
	printf("main:I'm main, pid = %d, tid = %lu\n", getpid(), pthread_self());
	
	//return 0;		// 不使用return，而使用 pthread_exit退出主线程
	pthread_exit(NULL);
}

错误版本：（exit 是退出进程，所以不打印后续线程）
014Linux线程及线程控制相关函数_第4张图片
正确版本：
014Linux线程及线程控制相关函数_第5张图片

注意点：

  1. exit是退出进程！ 导致后续的线程都无法执行
  2. return 是指返回到调用者上面，在线程回调函数中可以实现类似退出线程的效果

3.3 pthread_join 函数

阻塞等待线程退出，获取线程退出状态 其作用，对应进程中 waitpid（）函数

man pthread_join		// join with a terminated thread

#include

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

返回值：
成功：0
失败：错误号

参数：
thread：线程ID
retval：存储线程结束状态

调用该函数的线程将挂起等待，直到id为thread的线程终止。thread线程以不同的方法终止，通过pthread_join 得到的终止状态是不同的，总结如下：

  1. 如果thread线程通过return返回，retval所指向的单元里存放的是thread线程函数的返回值。
  2. 如果thread线程被别的线程调用 pthread_cancel 异常终止掉， retval所指向的单元里存放的是常数PTHREAD_CANCELED。
  3. 如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的，retval所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数
  4. 如果对thread线程终止状态不感兴趣，可以传NULL给retval参数

demo 回收线程终止状态

/* pthread_join.c */
#include
#include
#include
#include
#include
#include

void sys_error(const char * str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}

struct thd {
	int var;
	char str[256];
};

void* tfn(void* arg)
{
	struct thd* tval;
	tval = malloc(sizeof(tval));
	tval->var =100;
	strcpy(tval->str, "hello thread");
	
	return (void*)tval;
}

/*
void* tfn(void* arg)
{
	struct thd tval;	// 这里之间传不行！！ 因为他是一个局部变量
	tval.var =100;
	strcpy(tval.str, "hello thread");
	
	return (void*)&tval;	// 局部变量的地址不可做返回值
}
*/
int main(int argc, char * argv [ ])
{
	pthread_t tid;
	struct thd retval;

	int ret = pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);
	if(ret != 0)
		sys_error("pthread_create error\n");

	ret = pthread_join(tid, (void**)&retval);
	if(ret != 0)
		sys_error("pthread_join error\n");

	printf("child thread exit with var = %d, str= %s\n", retval->var, retval->str);

	pthread_exit(NULL);
}

在这里插入图片描述

3.4 pthread_cancel 函数

杀死（取消）线程 其作用对应进程中的kill

int pthread_cancel(pthread_t thread);

返回值：
成功：0
失败：错误号

demo 杀死线程

/* pthread_cancel.c */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include


void *tfn(void* arg)
{		

	while(1){
	printf("thread: pid = %d, tid =%lu\n",  getpid(), pthread_self());
	sleep(1);
	}
	return NULL;
}

int main(int argc, char * argv [])
{

	int ret;
	pthread_t tid;

	ret = pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);	
	if (ret != 0)
	{
		fprintf(stderr, "pthread_creat error:%s\n",strerror(ret));
		exit(1);
	}
	
	printf("main:I'm main, pid = %d, tid = %lu\n", getpid(), pthread_self());

	sleep(5);
	
	ret = pthread_cancel(tid);
	if (ret != 0)
	{
		fprintf(stderr, "pthread_creat error:%s\n",strerror(ret));
		exit(1);
	}

	while(1);
	
	pthread_exit(NULL);
}

014Linux线程及线程控制相关函数_第6张图片

子线程如果没有达到取消点，那么pthread_cancel无效，我们可以在程序中，手动添加一个取消点，pthread_testcancel()；

成功被pthread_cancel()杀死的线程，返回-1，使用pthread_join 回收

/* pthread_testcancel.c */
#include
#include
#include
#include

void* tfn1(void * arg)
{
	printf("thread 1 returning\n");

	return (void*)111;
}

void* tfn2(void * arg)
{
	printf("thread 2 exiting\n ");

	pthread_exit((void*)222);
}

void* tfn3(void * arg)
{
	while(1)
		pthread_testcancel();	// 添加取消点，进内核取消
	return (void*)6666;
}

int main(int argc, char * argv [ ])
{
	pthread_t tid;
	void* tret;

	pthread_create(&tid, NULL, tfn1, NULL);
	pthread_join(tid, &tret);
	printf("thread 1 exit code = %d\n", (int)tret);

	pthread_create(&tid, NULL, tfn2, NULL);
	pthread_join(tid, &tret);
	printf("thread 2 exit code = %d\n", (int)tret);

	pthread_create(&tid, NULL, tfn3, NULL);
	sleep(3);
	pthread_join(tid, &tret);
	printf("thread 3 exit code = %d\n", (int)tret);

	return 0;
}

014Linux线程及线程控制相关函数_第7张图片

3.5 pthread_detch 函数

实现线程分离

man pthread_detch			// detach a thread

#include

int pthread_detch(pthread_t thread);

参数：
thread：待分离的线程id

返回值：
成功：0
失败：errno

在线程中检查错误方法：

fprintf(stderr, "pthread_join error:%s\n", strerror(ret));

demo 线程分离

/* pthread_detach.c */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

void* tfn(void * arg)
{
	printf("thread:pid = %d, tid = %lu\n", getpid(), pthread_self());

	return NULL;
}

int main(int argc, char * argv [ ])
{
	pthread_t tid;


	printf("main:pid = %d, tid = %lu\n", getpid(), pthread_self());

	int ret = pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);
	if(ret != 0)
	{
		fprintf(stderr, "pthread_create error:%s\n", strerror(ret));
		exit(1);
	}

	ret = pthread_detach(tid);
	if (ret != 0)
	{
		fprintf(stderr, "pthread_detach error:%s\n", strerror(ret));
		exit(1);
	}

	sleep(1);

	ret = pthread_join(tid, NULL);
	if (ret != 0)
	{
		fprintf(stderr, "pthread_join error:%s\n", strerror(ret));
		exit(1);
	}

	printf("main:pid = %d, tid = %lu\n", getpid(),pthread_self());

	pthread_exit((void*)0);

	return 0;
}

014Linux线程及线程控制相关函数_第8张图片

4. 线程属性

4.1 Linux 2.2 线程属性

typedef struct
{
	int	etachstate;	//线程分离状态
	int	schedpolicy;	//线程调度策略
	sturct sched_param		shcedparam;
	int					inheritsched;		//线程的继承性
	int					scope;			// 线程的作用域
	size_t				guardsize;		// 线程栈末尾的警戒缓冲区大小
	int					stackaddr_set;	// 线程的栈设置
	void*				stackaddr;		// 线程栈的位置
	size_t				stacksize;		// 线程栈的大小
}pthread_attr_t;

主要结构体成员：
1.线程分离状态
2. 线程栈大小（默认平均分配）
3. 线程栈警戒缓冲区大小（位于栈末尾）

属性值不能直接设置，须使用相关的函数进行操作，初始化函数为 pthread_attr_init，这个函数必须在 pthread_create函数之前调用， 之后须用 pthread_attr_destroy 函数来释放资源。

线程属性主要包括：作用域(scope)、栈尺寸(stack size)、栈地址(stack address)、优先级(priority)、分离的状态(detaches state)、调度策略和参数(scheduling policy and parameters)。默认的属性为非绑定、非分离、缺省的堆栈、与父进程同样级别的优先级。

4.2 线程属性初始化

注意：应先初始化线程属性，在调用 pthread_create() 创建线程

初始化线程属性：
int pthread_attr_init(pthread_attr_t* attr);
销毁线程属性所占的系统资源：
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t* attr);

返回值：
成功：0
失败：errno

4.3 线程的分离状态

线程的分离状态决定一个线程以什么样的方式来终止自己
非分离状态，线程的默认属性是非分离状态，这种情况下，原有的线程等待创建的线程结束。只有当pthread_join()函数返回时，创建的线程才算终止，才能释放自己占用的系统资源
分离状态：分离线程没有被其他的线程所等待，自己运行结束了，线程也就终止了，马上释放系统资源。应该根据自己的需要，选择适当的分离状态

设置线程分离属性：分离or不分离
int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t * attr, int detachstste);

获取线程分离属性：
int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t* attr, int* detachstate);

参数：
attr:已初始化的线程属性
detachstate:
　　　　　PTHREAD_CREATE_DETACHED(分离线程)
　　　　　PTHREAD_CREATE_JOINABLE(非分离线程)

  1. 创建一个线程属性结构体
  2. 初始化线程属性
  3. 设置线程属性为分离态
  4. 借助修改后的 设置线程属性 创建为分离态的新线程
  5. 销毁线程属性

demo 修改线程分离属性

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

void* tfn(void * arg)
{
	printf("thread:pid = %d, tid = %lu\n", getpid(), pthread_self());

	return NULL;
}

int main(int argc, char * argv [ ])
{
	pthread_t tid;
	int ret;
	pthread_attr_t attr;

	ret = pthread_attr_init(&attr);
	if (ret != 0)
	{
		fprintf(stderr, "attr_init error:%s\n", strerror(ret));
		exit(1);
	}

	pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
	ret = printf("main:pid = %d, tid = %lu\n", getpid(), pthread_self());
	if(ret != 0)
	{
		fprintf(stderr, "pthread_attr_setdetachstate error:%s\n", strerror(ret));
		exit(1);
	}

	ret = pthread_create(&tid, &attr , tfn, NULL);
	if(ret != 0)
	{
		fprintf(stderr, "pthread_create error:%s\n", strerror(ret));
		exit(1);
	}

	ret = pthread_attr_destroy(&attr);
	if (ret != 0)
	{
		fprintf(stderr, "attr_destroy error:%s\n", strerror(ret));
		exit(1);
	}


	ret = pthread_join(tid, NULL);
	if (ret != 0)
	{
		fprintf(stderr, "pthread_join error:%s\n", strerror(ret));
		exit(1);
	}

	printf("main:pid = %d, tid = %lu\n", getpid(),pthread_self());

	pthread_exit(NULL);

}

在这里插入图片描述

4.4 使用线程的注意事项

  1. 主程序退出其他线程不退出，主线程应调用 pthread_exit

  2. 避免僵尸线程
    pthread_join
    pthreaad_detach
    pthread_creat 指定分离属性

  3. malloc 和 mmap 申请的内存可以被其他线程释放

  4. 应避免在多线程模型中调用 fork 除非，马上exec，子进程中只有调用fork的线程存在，其他线程在子进程中均pthread_exit

  5. 信号的复杂语义很难和多线程共存，应避免在多线程引入引号机制

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  • 高手问答：Java老A带你全面提升Java单兵作战能力！ ITeye管理员 java
    本期特邀《Java特种兵》作者：谢宇，CSDN论坛ID: xieyuooo 针对JAVA问题给予大家解答，欢迎网友积极提问，与专家一起讨论! 作者简介： 淘宝网资深Java工程师，CSDN超人气博主，人称“胖哥”。 CSDN博客地址： http://blog.csdn.net/xieyuooo 作者在进入大学前是一个不折不扣的计算机白痴，曾经被人笑话过不懂鼠标是什么，
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