线程
一、线程概念：
ps -eLf查看线程号（cpu 执行的最小单位）
二、Linux内核线程实现原理
三、三级映射（三级页表）
进程PCB-->页面（可看成数组，首地址位于PCB中）--》页表--》页目录（物理页表）--》内存单元
参考：《Linux内核源代码情景分析》 ---毛德操
四、线程共享资源
五、线程非共享资源
六、线程优缺点
线程控制原语
一、pthread_self函数
线程ID：用来表示线程身份的id号
线程号（LWP）：内核用来将线程作为进程看待
pthread_t pthread_self(void);
获取线程id。 线程id是在进程地址空间内部，用来标识线程身份的id号。
返回值：本线程id（unsigned long类型）
二、pthread_create函数
int pthread_create(pthread_t *tid, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_rountn)(void *), void *arg); //创建子线程。
参1：传出参数，表新创建的子线程 id
参2：线程属性。传NULL表使用默认属性。（线程状态：大小、优先级等）
参3：子线程回调函数。创建成功，ptherad_create函数返回时，该函数会被自动调用。
参4：参3的参数。没有的话，传NULL
返回值：成功：0
失败：返回errno
编译时需要引入动态库 -lpthread
示例1：循环创建N个子线程：
void *tfn(void* arg)
{
int i = (int)arg;
sleep(i);
if(i == 2)
pthread_exit(NULL);//退出当前线程
printf("--%dth pthread,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);// 栈是不共享的，将 int 类型 i， 强转成 void *， 传参采用值传递
if(ret != 0)
{
perror("pthread_create error");
exit(1);
}
}
sleep(i);
printf("main,pid=%d,tid=%lu\n", getpid(),pthread_self());
return 0;
}
示例2：线程共享全局变量
线程默认共享数据段、代码段等地址空间，常用的是全局变量。
进程不共享全局变量，只能借助mmap
int var = 100;
void* ftn(void* arg)
{
printf("child,pid=%d, tid=%lu, var=%d\n", getpid(),pthread_self(),var);
var = 200;
pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc, char* argv[])
{
pthread_t tid;
int ret;
ret = pthread_create(&tid,NULL,ftn,NULL);
if(ret!=0)
{
perror("pthread_create error");
exit(1);
}
sleep(1);
printf("main,var = %d\n",var);//全局变量共享
return 0;
}
三、pthread_exit函数
void pthread_exit(void *retval); 退出当前线程。
retval：退出值：返回线程，通常传NULL。
三种退出的区别：
exit(); 退出当前进程。//exit(0)表示正常退出
return: 返回到函数调用者那里去。
pthread_exit(): 退出当前线程。
注意：
（1）多线程环境中，应尽量不使用exit函数，应该使用pthread_exit函数。
（2）其它线程未结束，主线程不能return或exit。
（3）在子线程中使用pthread_exit或return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者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。
四、pthread_join函数
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval); //阻塞等待并回收线程，获取线程退出状态。
thread: 待回收的线程id
retval：传出参数。 回收的子线程的return退出值。
线程异常借助，值为 -1。
返回值：成功：0
失败：errno
示例1：pthread_join函数的使用及注意事项
//pthread_join.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
struct thrd {
int var;
char str[256];
};
void sys_err(const char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
/*
void *tfn(void *arg)
{
struct thrd *tval;
tval = malloc(sizeof(tval));//1、在堆区创建变量
tval->var = 100;
strcpy(tval->str, "hello thread");
return (void *)tval;
}
*/
/*
void *tfn(void *arg)
{
struct thrd tval; //2、局部变量地址,不可做返回值
tval.var = 100;
strcpy(tval.str, "hello thread");
return (void *)&tval;
}
*/
void *tfn(void *arg)
{
struct thrd *tval = (struct thrd *)arg;
tval->var = 100;
strcpy(tval->str, "hello thread");
return (void *)tval;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t tid;
struct thrd arg;//3、可以在main函数创建变量
struct thrd *retval;
int ret = pthread_create(&tid, NULL, tfn, (void *)&arg);
if (ret != 0)
sys_err("pthread_create error");
//int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
ret = pthread_join(tid, (void **)&retval);
if (ret != 0)
sys_err("pthread_join error");
printf("child thread exit with var= %d, str= %s\n", retval->var, retval->str);
pthread_exit(NULL);
}
示例2：使用pthread_join函数将循环创建的多个子线程回收（使用数组）
//pthrd_loop_join.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
int var = 100;
void *tfn(void *arg)
{
int i;
i = (int)arg;
sleep(i);
if (i == 1) {
var = 333;
printf("var = %d\n", var);
return (void *)var;
} else if (i == 3) {
var = 777;
printf("I'm %dth pthread, pthread_id = %lu\n var = %d\n", i+1, pthread_self(), var);
pthread_exit((void *)var);
} else {
printf("I'm %dth pthread, pthread_id = %lu\n var = %d\n", i+1, pthread_self(), var);
pthread_exit((void *)var);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
pthread_t tid[5];
int i;
int *ret[5];
for (i = 0; i < 5; i++)
pthread_create(&tid[i], NULL, tfn, (void *)i);
for (i = 0; i < 5; i++) {
pthread_join(tid[i], (void **)&ret[i]);
printf("-------%d 's ret = %d\n", i, (int)ret[i]);
}
printf("I'm main pthread tid = %lu\t var = %d\n", pthread_self(), var);
sleep(i);
return 0;
}
五、pthread_detach函数
int pthread_detach(pthread_t thread); 设置线程分离
thread: 待分离的线程id
返回值：成功：0
失败：errno --- 线程报错直接返回错误号，不能使用perror，需使用strerror函数。
（1）线程分离状态：指定该状态，线程主动与主线程断开关系。线程结束后，其退出状态不由其它线程获取，而直接自己自动释放。网络、多线程服务器常用。
（2）进程若有该机制，将不会产生僵尸进程。僵尸进程的产生主要由于进程死后，大部分资源被释放，一点残留资源仍存于系统重，导致内核认为该进程仍存在。
（3）也可使用`pthread_create`函数的参2（线程属性）来设置线程分离。
（4）不能对一个已经处于detach状态的线程调用`pthread_join`，这样的调用将返回`EINVAL`无效错误。
（5）使用pthread_join回收失败，说明分离成功
示例：pthread_detach的使用
//pthread_detach.c
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_create(&tid, NULL, tfn, NULL);
if (ret != 0) {
fprintf(stderr, "pthread_create error: %s\n", strerror(ret));
exit(1);
}
ret = pthread_detach(tid); // 设置线程分离` 线程终止,会自动清理pcb,无需回收
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);
}
六、pthread_cancel函数
int pthread_cancel(pthread_t thread);//杀死一个线程。
thread: 待杀死的线程id
返回值：成功：0，成功被 pthread_cancel()杀死的线程，无法使用pthread_join回收，返回 #define PTHREAD_CANDELED ((void *)-1)（表示非正常死亡）。使用pthead_join 回收
失败：errno
注意：
（1）线程的取消并不是实时的，而有一定的延时。需要等待线程到达某个取消点（检查点）。如果，子线程没有到达取消点， 那么 pthread_cancel 无效。
（2）** 可粗略认为一个系统调用（进入内核）即为一个取消点。
（3）我们可以在程序中，手动添加一个取消点。使用 pthread_testcancel();
示例：pthread_cancel的使用
//pthread_cancel.c
void* ftn(void* arg)
{
while(1)
{
printf("child,tid=%lu\n", pthread_self());
sleep(1);
pthread_testcancel();//可以使用这个函数进行测试，进内核
}
}
int main(int argc, char* argv[])
{
pthread_t tid;
int ret;
ret = pthread_create(&tid,NULL,ftn,NULL);
if(ret != 0)
{
fprintf(stderr,"pthread_create err:%s",strerror(ret));
}
sleep(5);
ret = pthread_cancel(tid);//需要到达一个取消点才能杀死线程,进内核
if(ret != 0)
{
fprintf(stderr, "pthread_cancel err:%s", strerror(ret));
}
pthread_join(tid,&tret);
printf("pthread_join,tret=%d\n",(int)tret);//cancel后，无法使用join回收，返回-1
return 0;
}
七、检查错误返回
检查出错返回： 线程中，只能使用strerror函数
fprintf(stderr, "xxx error: %s\n", strerror(ret));
八、进程和线程控制原语对比
| 线程控制原语 | 进程控制原语 | 用途 |
|---|---|---|
| pthread_create() | fork(); | 创建 |
| pthread_self() | getpid(); | 获取 |
| pthread_exit() | exit()/return | 退出 |
| pthread_join() | wait()/waitpid() | 回收 |
| pthread_cancel() | kill() | 杀死 |
| pthread_detach() | 分离 |
九、设置线程属性（通过函数设置属性）
pthread_attr_t attr 创建一个线程属性结构体变量
pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr); 初始化线程属性
pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);//获取线程属性
pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);//设置线程属性
detachstate:
PTHREAD_CREATE_DETACHED--分离线程
PTHREAD_CREATE_JOINABLE--非分离线程（默认）
pthread_create(&tid, &attr, tfn, NULL); 借助修改后的 设置线程属性 创建为分离态的新线程
pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr); 销毁线程属性
示例：pthread_create中分离属性的使用
//pthrd_attr_detach.c
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;
pthread_attr_t attr;
int ret = pthread_attr_init(&attr);
if (ret != 0) {
fprintf(stderr, "attr_init error:%s\n", strerror(ret));
exit(1);
}
ret = pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); // 设置线程属性为 分离属性
if (ret != 0) {
fprintf(stderr, "attr_setdetachstate error:%s\n", strerror(ret));
exit(1);
}
ret = pthread_create(&tid, &attr, tfn, NULL);
if (ret != 0) {
perror("pthread_create error");
}
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((void *)0);
}
线程同步问题： 如果设置一个线程为分离线程，而这个线程运行又非常快，它可能在pthread_create函数返回之前就终止了；它终止之后可能将线程号和系统资源移交给其他的线程使用，这样调用pthread_create的线程就得到了错误的线程号。要避免这种情况可以采取一定的同步措施，最简单的方法之一是可以在被创建的线程里调用pthread_cond_timewait函数，设置一段等待时间，是在多线程编程里常用的方法。但注意不要使用诸如wait()之类的函数，它们是使整个进程睡眠，并不能解决线程同步的问题。
十、线程使用注意事项
