【Linux】线程控制

目录

1 理解Linux的进程相关的函数

2 POSIX线程库的函数介绍

2.1 创建线程

 2.2 pthread_ create函数：线程ID及进程地址空间布局

 2.3 线程终止

pthread_exit()函数

pthread_cancel函数--主线程终止其它线程

 2.4 线程等待

2.5 线程分离

3 如何理解线程库

---

1 理解Linux的进程相关的函数

• 用户的角度：只认线程
• Linux的角度：没有线程，只有用进程模拟的线程（轻量级进程LWP）--所以Linux没有线程的系统调用，它只会提供给我们创建轻量级进程的接口
• 所以为了让用户看上去使用的是线程的接口，Linux原生库就带有了POSIX：pthread库，里面封装了Linux对进程控制的函数！
• pthread是一个动态库，在g++编译的时候，要指明动态库的名称，-lpthread

2 POSIX线程库的函数介绍

2.1 创建线程

#include 

using namespace std;

#include 

#include 
#include 

void *threadRun(void *args)
{
    while (true)
    {
        cout << "new thread run ..." << endl;
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    pthread_t t;
    int ret = pthread_create(&t, nullptr, threadRun, nullptr);
    if (ret != 0)
    {
        cerr << "errno:" << ret << ": " << strerror(ret) << endl;
    }
    while (true)
    {
        cout << "main thread run ..." << endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

 2.2 pthread_ create函数：线程ID及进程地址空间布局

• pthread_ create函数会产生一个线程ID，存放在第一个参数指向的地址中。该线程ID和前面说的线程ID不是一回事。
• 前面讲的线程ID属于进程调度的范畴。因为线程是轻量级进程，是操作系统调度器的最小单位，所以需要一个数值来唯一表示该线程。
• pthread_ create函数第一个参数指向一个虚拟内存单元，该内存单元的地址即为新创建线程的线程ID，属于NPTL线程库的范畴。线程库的后续操作，就是根据该线程ID来操作线程的。
• 线程库NPTL提供了pthread_ self函数，可以获得线程自身的ID：

pthread_t pthread_self(void);

pthread_t 到底是什么类型呢？取决于实现。对于Linux目前实现的NPTL实现而言，pthread_t类型的线程ID，本质就是一个进程地址空间上的一个地址。

 2.3 线程终止

如果需要只终止某个线程而不终止整个进程,可以有三种方法:

1. 从线程函数return。这种方法对主线程不适用,从main函数return相当于调用exit。
2. 线程可以调用pthread_ exit终止自己。
3. 一个线程可以调用pthread_ cancel终止同一进程中的另一个线程。

pthread_exit()函数

需要注意,pthread_exit或者return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者是用malloc分配的,不能在线程函数的栈上分配,因为当其它线程得到这个返回指针时线程函数已经退出了。 

pthread_cancel函数--主线程终止其它线程

 2.4 线程等待

• 已经退出的线程，其空间没有被释放，仍然在进程的地址空间内。
• 创建新的线程不会复用刚才退出线程的地址空间。

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,value_ ptr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异常终掉,value_ ptr所指向的单元里存放的是常数PTHREAD_ CANCELED//#define PTHREAD_CANCELED ((void *) -1)。
3.  如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的,value_ptr所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数。
4. 如果对thread线程的终止状态不感兴趣,可以传NULL给value_ ptr参数。

 【多线程并行计算多个累加值】

#include 
#include
using namespace std;

#include 

#include 
#include 

#define NUM 5

struct ThreadData
{
    ThreadData(int top,int result,const string& name)
        :_top(top)
        ,_result(result)
        ,_name(name)
    {}

    int _top;
    int _result;
    string _name;
    int status=0;
};


void *threadRun(void *args)
{
    ThreadData*td=(ThreadData*)args;
    for(int i=1;i<=td->_top;++i)
    {
        td->_result+=i;
    }
    return td;
}

int main()
{
    pthread_t t[NUM];

    for(int i=0;i(ret);
        if (args->status == 0)
        {
            cout << args->_name << " count [1," << args->_top << "] = " << args->_result << endl;
        }
        delete args;
    }
    cout<<"all thread quit!"<

2.5 线程分离

• 默认情况下，新创建的线程是joinable的，线程退出后，需要对其进行pthread_join操作，否则无法释放资源，从而造成系统泄漏。
• 如果不关心线程的返回值，join是一种负担，这个时候，我们可以告诉系统，当线程退出时，自动释放线程资源。

int pthread_detach(pthread_t thread);

可以是线程组内其他线程对目标线程进行分离，也可以是线程自己分离:

pthread_detach(pthread_self());

joinable和分离是冲突的，一个线程不能既是joinable又是分离的。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
void *thread_run(void *arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    printf("%s\n", (char *)arg);
    return NULL;
}
int main(void)
{
    pthread_t tid;
    if (pthread_create(&tid, NULL, thread_run, "thread1 run...") != 0)
    {
        printf("create thread error\n");
        return 1;
    }
    int ret = 0;
    sleep(1); // 很重要，要让线程先分离，再等待
    if (pthread_join(tid, NULL) == 0)
    {
        printf("pthread wait success\n");
        ret = 0;
    }
    else
    {
        printf("pthread wait failed\n");
        ret = 1;
    }
    return ret;
}

3 如何理解线程库

问题：如何理解每一个线程都有自己的线程ID、一组寄存器、栈？

答：一个进程中有着多个线程，而线程的创建是由pthread动态库来创建的，这么多的线程，也是需要管理的，所以pthread库来对它们进行管理！要管理，就要先描述，在组织！--》pthread库会在进程地址空间的共享区中对每一个进程创建一个类似的TCB的结构体！每一个线程的结构体，像“数组”似得聚合到共享区中，此时每一块的结构体的首地址就是每一个线程所对应的线程ID；在结构体内部，会有着自己线程栈的结构--因为栈的数据是由一组寄存器esp，ebp所维护的，在CPU调度不同的线程的时候，每一个线程所对应的esp，ebp里的数值不同，这样就可以准确的切换线程了。

所有线程都需要有自己独立的栈结构，主线程用的是进程系统栈，新线程用的是库中提供的栈结构！