进行孤儿与僵尸
1- 应用层pthread
＃include
引用连接libpthread.so这个库，因此在程序链接阶段应该有类似
gcc program.o -o program -lpthread
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void*), void *arg);
函数参数：
- 线程句柄 thread：当一个新的线程调用成功之后，就会通过这个参数将线程的句柄返回给调用者，以便对这个线程进行管理。
- 入口函数 start_routine()： 当你的程序调用了这个接口之后，就会产生一个线程，而这个线程的入口函数就是start_routine()。如果线程创建成功，这个接口会返回0。
- 入口函数参数 *arg : start_routine()函数有一个参数，这个参数就是pthread_create的最后一个参数arg。这种设计可以在线程创建之前就帮它准备好一些专有数据，最典型的用法就是使用C++编程时的this指针。start_routine()有一个返回值，这个返回值可以通过pthread_join()接口获得。
- 线程属性 attr： pthread_create()接口的第二个参数用于设置线程的属性。这个参数是可选的，当不需要修改线程的默认属性时，给它传递NULL就行。
pthread_create例子
#include
#include
void* thread( void *arg )
{
printf( "This is a thread and arg = %d.\n", *(int*)arg);
*(int*)arg = 0;
return arg;
}
int main( int argc, char *argv[] )
{
pthread_t th;
int ret;
int arg = 10;
int *thread_ret = NULL;
ret = pthread_create( &th, NULL, thread, &arg );
if( ret != 0 ){
printf( "Create thread error!\n");
return -1;
}
printf( "This is the main process.\n" );
pthread_join( th, (void**)&thread_ret );
printf( "thread_ret = %d.\n", *thread_ret );
return 0;
}
######程序执行结果：
This is the main process.
This is a thread and arg = 10.
thread_ret = 0.
pthread_join()接口会阻塞主进程的执行，直到合并的线程执行结束
2- pthread 合并与分离
pthread_detach 线程分离
pthread_join 线程合并
2.1 pthread_join
线程的合并是一种主动回收线程资源的方案。当一个进程或线程调用了针对其它线程的pthread_join()接口，就是线程合并了。这个接口会阻塞调用进程或线程，直到被合并的线程结束为止。当被合并线程结束，pthread_join()接口就会回收这个线程的资源，并将这个线程的返回值返回给合并者。
2.2 pthread_detach
线程分离是将线程资源的回收工作交由系统自动来完成，也就是说当被分离的线程结束之后，系统会自动回收它的资源。因为线程分离是启动系统的自动回收机制，那么程序也就无法获得被分离线程的返回值，这就使得pthread_detach()接口只要拥有一个参数就行了，那就是被分离线程句柄。
线程合并和线程分离都是用于回收线程资源的，可以根据不同的业务场景酌情使用。不管有什么理由，你都必须选择其中一种，否则就会引发资源泄漏的问题，这个问题与内存泄漏同样可怕。
3-线程的属性
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
int pthread_attr_destory(pthread_attr_t *attr);
Linux下的线程有：绑定属性、分离属性、调度属性、堆栈大小属性和满占警戒区大小属性。
3.1 绑定属性
说到这个绑定属性，就不得不提起另外一个概念：轻进程（Light Weight Process，简称LWP）。
轻进程和Linux系统的内核线程拥有相同的概念，属于内核的调度实体。一个轻进程可以控制一个或多个线程。
在计算机操作系统中,轻量级进程（LWP）是一种实现多任务的方法。与普通进程相比，LWP与其他进程共享所有（或大部分）它的逻辑地址空间和系统资源；与线程相比，LWP有它自己的进程标识符，并和其他进程有着父子关系；这是和类Unix操作系统的系统调用vfork()生成的进程一样的。另外，线程既可由应用程序管理，又可由内核管理，而LWP只能由内核管理并像普通进程一样被调度。Linux内核是支持LWP的典型例子。
默认情况下，对于一个拥有n个线程的程序，启动多少轻进程，由哪些轻进程来控制哪些线程由操作系统来控制，这种状态被称为非绑定的。那么绑定的含义就很好理解了，只要指定了某个线程“绑”在某个轻进程上，就可以称之为绑定的了。
被绑定的线程具有较高的相应速度，因为操作系统的调度主体是轻进程，绑定线程可以保证在需要的时候它总有一个轻进程可用。绑定属性就是干这个用的。
设置绑定属性的接口是pthread_attr_setscope()，它的完整定义是：
int pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int scope);
它有两个参数，第一个就是线程属性对象的指针，第二个就是绑定类型，拥有两个取值：PTHREAD_SCOPE_SYSTEM（绑定的）和PTHREAD_SCOPE_PROCESS（非绑定的）
例子：
#include
#include
……
int main( int argc, char *argv[] )
{
pthread_attr_t attr;
pthread_t th;
……
pthread_attr_init( &attr );
pthread_attr_setscope( &attr, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM );
pthread_create( &th, &attr, thread, NULL );
……
}
Linux并不支持线程的非绑定，为了兼容设计了该接口！
3.2 分离属性
前面说过线程能够被合并和分离，分离属性就是让线程在创建之前就决定它应该是分离的。如果设置了这个属性，就没有必要调用pthread_join()或pthread_detach()来回收线程资源了。
设置分离属性的接口是pthread_attr_setdetachstate()，它的完整定义是：
pthread_attr_setdetachstat(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
它的第二个参数有两个取值：PTHREAD_CREATE_DETACHED（分离的）和PTHREAD_CREATE_JOINABLE（可合并的，也是默认属性）。
例子：分离属性
#include
#include
……
int main( int argc, char *argv[] )
{
pthread_attr_t attr;
pthread_t th;
……
pthread_attr_init( &attr );
pthread_attr_setscope( &attr, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM );
pthread_create( &th, &attr, thread, NULL );
……
}
3.3调度属性
线程的调度属性有三个，分别是：算法、优先级和继承权。
3.3.1 算法
Linux提供的线程调度算法有三个：轮询、先进先出和其它。
其中轮询和先进先出调度算法是POSIX标准所规定，而其他则代表采用Linux自己认为更合适的调度算法，所以默认的调度算法也就是其它了。
轮询和先进先出调度算法都属于实时调度算法。
- 轮询指的是时间片轮转，当线程的时间片用完，系统将重新分配时间片，并将它放置在就绪队列尾部，这样可以保证具有相同优先级的轮询任务获得公平的CPU占用时间;
- 先进先出就是先到先服务，一旦线程占用了CPU则一直运行，直到有更高优先级的线程出现或自己放弃。
pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t *attr, int policy);
第二个参数有三个取值：SCHED_RR（轮询）、SCHED_FIFO（先进先出）和SCHED_OTHER（其它）
3.3.2优先级
Linux的线程优先级是从1到99的数值，数值越大代表优先级越高。
而且要注意的是，只有采用SHCED_RR或SCHED_FIFO调度算法时，优先级才有效。对于采用SCHED_OTHER调度算法的线程，其优先级恒为0。
pthread_attr_setschedparam:
struct sched_param {
int sched_priority;
}
int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t *attr, struct sched_param *param);
param 这个参数就是设定优先级的参数
此外，即便采用SCHED_RR或SCHED_FIFO调度算法，线程优先级也不是随便就能设置的。首先，进程必须是以root账号运行的；其次，还需要放弃线程的继承权。什么是继承权呢？
3.3.3继承权
继承权就是当创建新的线程时，新线程要继承父线程（创建者线程）的调度属性。如果不希望新线程继承父线程的调度属性，就要放弃继承权。(新线程在默认情况下是拥有继承权)
设置线程继承权的接口是pthread_attr_setinheritsched()，它的完整定义是：
int pthread_attr_setinheritsched(pthread_attr_t *attr, int inheritsched);
inheritsched参数有两个取值：
PTHREAD_INHERIT_SCHED（拥有继承权）
PTHREAD_EXPLICIT_SCHED（放弃继承权)
设置线程调度属性:
#include
#include
#include
#include
#define THREAD_COUNT 12
void show_thread_policy( int threadno )
{
int policy;
struct sched_param param;
pthread_getschedparam( pthread_self(), &policy, param );
switch( policy ){
case SCHED_OTHER:
printf( "SCHED_OTHER %d\n", threadno );
break;
case SCHED_RR:
printf( "SCHDE_RR %d\n", threadno );
break;
case SCHED_FIFO:
printf( "SCHED_FIFO %d\n", threadno );
break;
default:
printf( "UNKNOWN\n");
}
}
void* thread( void *arg )
{
int i, j;
long threadno = (long)arg;
printf( "thread %d start\n", threadno );
sleep(1);
show_thread_policy( threadno );
for( i = 0; i < 10; ++i ) {
for( j = 0; j < 100000000; ++j ){}
printf( "thread %d\n", threadno );
}
printf( "thread %d exit\n", threadno );
return NULL;
}
int main( int argc, char *argv[] )
{
long i;
pthread_attr_t attr[THREAD_COUNT];
pthread_t pth[THREAD_COUNT];
struct sched_param param;
for( i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i )
pthread_attr_init( &attr[i] );
for( i = 0; i < THREAD_COUNT / 2; ++i ) {
param.sched_priority = 10;
pthread_attr_setschedpolicy( &attr[i], SCHED_FIFO );
pthread_attr_setschedparam( &attr[i], param );
pthread_attr_setinheritsched( &attr[i], PTHREAD_EXPLICIT_SCHED );
}
for( i = THREAD_COUNT / 2; i < THREAD_COUNT; ++i ) {
param.sched_priority = 20;
pthread_attr_setschedpolicy( &attr[i], SCHED_FIFO );
pthread_attr_setschedparam( &attr[i], param );
pthread_attr_setinheritsched( &attr[i], PTHREAD_EXPLICIT_SCHED );
}
for( i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i )
pthread_create( &pth[i], &attr[i], thread, (void*)i );
for( i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i )
pthread_join( pth[i], NULL );
for( i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i )
pthread_attr_destroy( &attr[i] );
return 0;
}
3.4堆栈大小属性
从前面的这些例子中可以了解到，线程的主函数与程序的主函数main()有一个很相似的特性，那就是可以拥有局部变量。虽然同一个进程的线程之间是共享内存空间的，但是它的局部变量确并不共享。原因就是局部变量存储在堆栈中，而不同的线程拥有不同的堆栈。Linux系统为每个线程默认分配了8MB的堆栈空间，如果觉得这个空间不够用，可以通过修改线程的堆栈大小属性进行扩容。
修改线程堆栈大小属性的接口是pthread_attr_setstacksize()，它的完整定义为：
int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize);
它的第二个参数就是堆栈大小了，以字节为单位。需要注意的是，线程堆栈不能小于16KB，而且尽量按4KB(32位系统)或2MB（64位系统）的整数倍分配，也就是内存页面大小的整数倍。此外，修改线程堆栈大小是有风险的，如果你不清楚你在做什么，最好别动它.
3.5满栈警戒区属性
既然线程是有堆栈的，而且还有大小限制，那么就一定会出现将堆栈用满的情况。线程的堆栈用满是非常危险的事情，因为这可能会导致对内核空间的破坏，一旦被有心人士所利用，后果也不堪设想。为了防治这类事情的发生，Linux为线程堆栈设置了一个满栈警戒区。这个区域一般就是一个页面，属于线程堆栈的一个扩展区域。一旦有代码访问了这个区域，就会发出SIGSEGV信号进行通知。
虽然满栈警戒区可以起到安全作用，但是也有弊病，就是会白白浪费掉内存空间，对于内存紧张的系统会使系统变得很慢。所有就有了关闭这个警戒区的需求。同时，如果我们修改了线程堆栈的大小，那么系统会认为我们会自己管理堆栈，也会将警戒区取消掉，如果有需要就要开启它。
修改满栈警戒区属性的接口是pthread_attr_setguardsize()，它的完整定义为：
int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *attr, size_t guardsize);
它的第二个参数就是警戒区大小了，以字节为单位。与设置线程堆栈大小属性相仿，应该尽量按照4KB或2MB的整数倍来分配。当设置警戒区大小为0时，就关闭了这个警戒区。
虽然栈满警戒区需要浪费掉一点内存，但是能够极大的提高安全性，所以这点损失是值得的。而且一旦修改了线程堆栈的大小，一定要记得同时设置这个警戒区。
4-线程本地存储
线程局部变量，线程的其他函数难以访问， 全局变量可以解决问题（有弊端）. 因此引入TLS 概念(不同线程有独立的存储空间)。
（C程序库中的errno是个最典型的一个例子。errno是一个全局变量，会保存最后一个系统调用的错误代码。在单线程环境并不会出现什么问题。但是在多线程环境，由于所有线程都会有可能修改errno，这就很难确定errno代表的到底是哪个系统调用的错误代码了。这就是有名的“非线程安全（Non Thread-Safe）”的。）
TLS:
int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destructor)(void*));
int pthread_key_delete(pthread_key_t key);
void* pthread_getspecific(pthread_key_t key);
int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value);
##==============================================
pthread_key_create()接口用于创建一个线程本地存储区。
- key : 第一个参数用来返回这个存储区的句柄，需要使用一个全局变量保存，以便所有线程都能访问到。
- *destructor : 第二个参数是线程本地数据的回收函数指针，如果希望自己控制线程本地数据的生命周期，这个参数可以传递NULL。
pthread_key_delete()接口用于回收线程本地存储区。其唯一的参数就要回收的存储区的句柄。
pthread_getspecific()和pthread_setspecific()这个两个接口分别用于获取和设置线程本地存储区的数据。这两个接口在不同的线程下会有不同的结果不同（相同的线程下就会有相同的结果），这也就是线程本地存储的关键所在。
使用线程本地存储
#include
#include
#include
#define THREAD_COUNT 10
pthread_key_t g_key;
typedef struct thread_data{
int thread_no;
} thread_data_t;
void show_thread_data()
{
thread_data_t *data = pthread_getspecific( g_key );
printf( "Thread %d \n", data->thread_no );
}
void* thread( void *arg )
{
thread_data_t *data = (thread_data_t *)arg;
printf( "Start thread %d\n", data->thread_no );
pthread_setspecific( g_key, data );
show_thread_data();
printf( "Thread %d exit\n", data->thread_no );
}
void free_thread_data( void *arg )
{
thread_data_t *data = (thread_data_t*)arg;
printf( "Free thread %d data\n", data->thread_no );
free( data );
}
int main( int argc, char *argv[] )
{
int i;
pthread_t pth[THREAD_COUNT];
thread_data_t *data = NULL;
pthread_key_create( &g_key, free_thread_data );
for( i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i ) {
data = malloc( sizeof( thread_data_t ) );
data->thread_no = i;
pthread_create( &pth[i], NULL, thread, data );
}
for( i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i )
pthread_join( pth[i], NULL );
pthread_key_delete( g_key );
return 0;
}
5-线程同步
Linux提供的线程同步机制主要有互斥锁和条件变量
5.1 互斥锁
所谓的互斥就是线程之间互相排斥，获得资源的线程排斥其它没有获得资源的线程.
从互斥锁的这种行为看，线程加锁和解锁之间的代码相当于一个独木桥，同意时刻只有一个线程能执行。从全局上看，在这个地方，所有并行运行的线程都变成了排队运行了
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mutex );
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
从这些定义中可以看到，互斥锁也是有属性的。只不过这个属性在绝大多数情况下都不需要改动，所以使用默认的属性就行。方法就是给它传递NULL。
phtread_mutex_trylock()比较特别，用它试图加锁的线程永远都不会被系统睡眠，只是通过返回EBUSY来告诉程序员这个锁已经有人用了。至于是否继续“强闯”临界区，则由程序员决定。系统提供这个接口的目的可不是让线程“强闯”临界区的。它的根本目的还是为了提高并行性，留着这个线程去干点其它有意义的事情。当然，如果很幸运恰巧这个时候还没有人拥有这把锁，那么自然也会取得临界区的使用权。
使用互斥锁：
#include
#include
#include
#include
#include
pthread_mutex_t g_mutex;
int g_lock_var = 0;
void* thread1( void *arg )
{
int i, ret;
time_t end_time;
end_time = time(NULL) + 10;
while( time(NULL) < end_time ) {
ret = pthread_mutex_trylock( &g_mutex );
if( EBUSY == ret ) {
printf( "thread1: the varible is locked by thread2.\n" );
} else {
printf( "thread1: lock the variable!\n" );
++g_lock_var;
pthread_mutex_unlock( &g_mutex );
}
sleep(1);
}
return NULL;
}
void* thread2( void *arg )
{
int i;
time_t end_time;
end_time = time(NULL) + 10;
while( time(NULL) < end_time ) {
pthread_mutex_lock( &g_mutex );
printf( "thread2: lock the variable!\n" );
++g_lock_var;
sleep(1);
pthread_mutex_unlock( &g_mutex );
}
return NULL;
}
int main( int argc, char *argv[] )
{
int i;
pthread_t pth1,pth2;
pthread_mutex_init( &g_mutex, NULL );
pthread_create( &pth1, NULL, thread1, NULL );
pthread_create( &pth2, NULL, thread2, NULL );
pthread_join( pth1, NULL );
pthread_join( pth2, NULL );
pthread_mutex_destroy( &g_mutex );
printf( "g_lock_var = %d\n", g_lock_var );
return 0;
}
互斥锁在同一个线程内，没有互斥的特性,要避免死锁的发生
5.2 条件变量
条件变量是一种事件机制。由一类线程来控制“事件”的发生，另外一类线程等待“事件”的发生。为了实现这种机制，条件变量必须是共享于线程之间的全局变量。而且，条件变量也需要与互斥锁同时使用
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);
int pthread_cond_destory(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex, const timespec *abstime);
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
对于等待“事件”的接口从其名称中可以看出，一种是无限期等待，一种是限时等待。后者与互斥锁的pthread_mutex_trylock()有些类似，即当等待的“事件”经过一段时间之后依然没有发生，那就去干点别的有意义的事情去。
而对于控制“事件”发生的接口则有“单播”和“广播”之说。所谓单播就是只有一个线程会得到“事件”已经发生了的“通知”，而广播就是所有线程都会得到“通知”。对于广播情况，所有被“通知”到的线程也要经过由互斥锁控制的独木桥。
#include
#include
#include
#define BUFFER_SIZE 5
pthread_mutex_t g_mutex;
pthread_cond_t g_cond;
typedef struct {
char buf[BUFFER_SIZE];
int count;
} buffer_t;
buffer_t g_share = {"", 0};
char g_ch = 'A';
void* producer( void *arg )
{
printf( "Producer starting.\n" );
while( g_ch != 'Z' ) {
pthread_mutex_lock( &g_mutex );
if( g_share.count < BUFFER_SIZE ) {
g_share.buf[g_share.count++] = g_ch++;
printf( "Prodcuer got char[%c]\n", g_ch - 1 );
if( BUFFER_SIZE == g_share.count ) {
printf( "Producer signaling full.\n" );
pthread_cond_signal( &g_cond );
}
}
pthread_mutex_unlock( &g_mutex );
}
printf( "Producer exit.\n" );
return NULL;
}
void* consumer( void *arg )
{
int i;
printf( "Consumer starting.\n" );
while( g_ch != 'Z' ) {
pthread_mutex_lock( &g_mutex );
printf( "Consumer waiting\n" );
pthread_cond_wait( &g_cond, &g_mutex );
printf( "Consumer writing buffer\n" );
for( i = 0; g_share.buf[i] && g_share.count; ++i ) {
putchar( g_share.buf[i] );
--g_share.count;
}
putchar('\n');
pthread_mutex_unlock( &g_mutex );
}
printf( "Consumer exit.\n" );
return NULL;
}
int main( int argc, char *argv[] )
{
pthread_t ppth, cpth;
pthread_mutex_init( &g_mutex, NULL );
pthread_cond_init( &g_cond, NULL );
pthread_create( &cpth, NULL, consumer, NULL );
pthread_create( &ppth, NULL, producer, NULL );
pthread_join( ppth, NULL );
pthread_join( cpth, NULL );
pthread_mutex_destroy( &g_mutex );
pthread_cond_destroy( &g_cond );
return 0;
}
pthread_create( &cpth, NULL, consumer, NULL ); 和pthread_create( &ppth, NULL, producer, NULL ); 之间加入一个长的延时函数usleep(100)，确保consumer线程先行执行到pthead_cond_wait() 处。不然会死锁
pthread_cond_wait: 对g_mutex 进行了解锁，这个时候producer 获取锁，制造数据然后释放锁，这个时候回到线程consumer pthread_cond_wait 加锁动作，如果接受条件允许通过，在consumer 线程后面对g_mutex 解锁
5.3 自旋锁
pthread_spin_t spin;
pthread_spin_init();
pthread_spin_lock();//得不到，忙等待busyloop，一直占用cpu；而互斥锁在得不到时会挂起等待，让出CPU
pthread_spin_unlock();
pthread_spin_destroy();
5.4 读写锁
读读共享，读写互斥，读优先级高
应用于大量读进程，少量写进程（读者写者模型）
pthread_rwlock_t rwlock;
pthread_rwlock_init(&rwlock,NULL);
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);/pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
pthread_rwlock_unlock(rwlock);
pthread_rwlock_destroy(rwlock);
#include
#include
#include
#include
int count=0;
pthread_rwlock_t rwlock;
void* route_read(void *arg)
{
int i=*(int *)arg;
free(arg);
while(1)
{
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
printf("%d read %d\n",i,count);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
usleep(1000);
}
}
void* route_write(void *arg)
{
int i=*(int *)arg;
free(arg);
while(1)
{
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
printf("%d write %d\n",i,++count);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
usleep(1000);
}
}
int main()
{
pthread_t id[8];
int i=0;
pthread_rwlock_init(&rwlock,NULL);
for(i=0;i<5;i++)
{
int *p=(int *)malloc(sizeof(int));
*p=i;
pthread_create(&id[i],NULL,route_read,(void *)p);
}
for(i=5;i<8;i++)
{
int *p=(int *)malloc(sizeof(int));
*p=i;
pthread_create(&id[i],NULL,route_write,(void *)p);
}
for(i=0;i<8;i++)
{
pthread_join(id[i],NULL);
}
pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
}
其他：后面对线程的内存占用进行梳理