详解Linux线程

2022-10-27 23:17:00

概念

一个进程时是操作系统最小的分配资源的单位，而一个线程是操作系统最小的调度单位。就是说一个程序在运行时会创建一个进程，该进程至少有一个线程，操作系统在调度时就是调度这个线程来操作。一个进程内可以有多个线程，这多个线程共享该进程的地址。即创建一个线程时操作系统不会为他开辟空间，创建页表等工作，线程属于进程。进程退出，进程内的所有线程直接退出。
在Linux中，没有专门描述线程的数据结构，在Liunx看来，线程就是轻量级进程（lwp），所以每一个线程也拥有一个属于自己的pcb。但是该pcb与进程不同，只保存一些线程独有的东西。如每个线程的私有栈（保存线程内部局部变量），私有寄存器（保存线程上下文数据）以及局部存储。

创建线程

pthread_create();

第一个参数：新创建线程的标识符，用于进行其他操作，如线程等待。
第二个参数：新创建线程的属性信息，一般传NULL，系统默认即可。
第三个参数：函数指针，线程创建后要执行的函数。
第四个参数：传给线程要执行的函数的参数。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void* run(void* arg){ //线程指定的函数返回值为void*,只有一个参数也是void*
    printf("i am a new thread!\n");
    return NULL;
}

int main(){
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, run, NULL);
    return 0;
}

注意我们在编译这个代码时必须要加上 -lpthread，指定要链接的库的名称，因为在C语言的标准库里没有关于创建线程的库函数，我们所使用的pthread函数都是第三方库，相当于自己编写的库一样，所以在编译时要加上库名称，指定链接。

现在我们创建了一个线程，该线程内部只打印一句话，“i am a new thread!\n”,我们现在来执行它。

事实并非我们想象的那样，新线程并没有打印出任何内容。这是因为一个进程可以有多个线程，但是有一个线程被称为主线程，就是创建进程是创建的那个线程，其他所有线程都是由该线程创建的。
一个进程内，主线程退出，进程退出
可以看到。我们上面的例子，主线程在创建新线程后并没有做任何事情，直接退出，那么新创建的线程还没有来的及打印，整个进程就退出了，那新线程也就退出了。
所以主线程在创建新线程后不应该直接退出，应该等他创建的线程执行完他的任务后在退出，这就需要下面介绍的函数，线程等待了。

线程等待

一个线程被等待不仅仅是为了要完成改该线程的任务，还要释放线程所占用的资源。

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

等待线程的函数：

pthread_join();

第一个参数：要等待线程的标识符
第二个参数：要等待线程的返回值，不关心则可以设置为NULL

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void* run(void* arg){
    printf("i am a new thread!\n");
    return NULL;
}

int main(){
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, run, NULL);
    pthread_join(tid, NULL);
    return 0;
}

这里我们主线程等待了新线程，所以主线程会等待新线程退出后在退出。该函数也可以获取线程的返回值，通过返回值来判断线程是否完成任务。

线程退出与返回值

线程退出一共有两种方式，第一种是有主线程调用函数，使正在执行任务的线程退出，也就是说主线程可以控制其他线程。

pthread_cancel();

参数：线程的标识符

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void* run(void* arg){
    while(1){
        printf("i am a new thread!\n");
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}

int main(){
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, run, NULL);
    int i = 0;
    for(; i < 5; i++){
        sleep(1);
    }
    pthread_cancel(tid);
    return 0;
}

这里主线程创建新线程，新线程每隔一秒打印一次，主线程在5秒之后终止新线程，线程退出。

第二中方式是线程自己退出，在线程内退出不可以使用exit()函数,因为这是进程退出的函数，任何一个线程调用该函数，整个进程都将直接退出。只退出一个线程使用的是pthread_exit()函数

pthread_exit();

参数：该线程的返回值。
注意：由于线程的返回值是指针类型的，所以每一个线程的返回值都必须是全局或者在堆上开辟的，不可以是栈上面的，因为每一个线程拥有自己独立的栈，栈上面的变量时临时变量，返回到主线程后这些变量都销毁了，主线程无法读取。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>


void* run(void* arg){
    printf("i am a new thread!\n");
    int *p = (int*)malloc(sizeof(int));
    *p = 10;
    pthread_exit((void*)p);
}

int main(){
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, run, NULL);
    void* val;
    pthread_join(tid, &val);
    printf("return val is : %d\n",*(int*)val);
    free(val);
    return 0;
}

在线程内动态申请空间，返回到主线程，主线程读取返回值，然后释放空间。

线程分离

使用pthread_join()时，主线程处于阻塞等的状态，等待是为了释放线程的资源与获取线程的返回值，那如果主线程不关心线程的返回值呢？线程可不可以在自己退出时自己释放资源呢？这样主线程就无须阻塞式的等待线程了，大大提高了效率。答案是有的。

Pthread_detatch();

参数：线程标识符

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>


void* run(void* arg){
    printf("i am a new thread!\n");
    return NULL;
}

int main(){
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, run, NULL);
    void* val;
    pthread_detach(tid);
    return 0;
}

线程分离后，主线程不需要等待其他线程。

查看线程的命令

ps -aL

查看当前系统有几个轻量级进程（线程）

ps -T-p[pid]

查看某个进程下有多少个线程

test进程里有两个线程。

线程VS进程

进程是操作系统分配资源的最小单位，线程是操作系统的最小调度单位。
创建进程操作系统要为其分批物理地址，创建页表，构架虚拟地址等，创建线程不需要。
一个进程内所有线程共享该进程的资源。各个进程间互相独立。
线程切换及通信的效率远大于进程。
一个进程内的线程出现错误，进程内其他线程也可能会出错，一个进程出现错误，其他进程不会收到影响。

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