多任务并行——线程

哲学表

已于 2025-02-24 21:11:56 修改

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文章标签： linux

于 2025-02-24 21:09:53 首次发布

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1. 什么是线程

轻量化的进程，每一个线程都属于进程
进程是操作系统资源分配的最小单元
线程是CPU任务调度的最小单元
由于线程是一个轻量级的进程，所在进程为其分配独立的栈区空间
线程是一个任务执行的过程,包括创建、调度、消亡
线程的创建：线程空间创建于进程空间内部，从属于某个进程进程中的每个线程,栈区是独立的,共享进程中的数据区和文本区，堆区，内核存储线程控制模块

线程的调度：宏观并行，微观串行（与进程调度保持一致）

线程的消亡：线程运行结束后，回收线程的资源空间

2. 进程、线程的区别

1）执行效率

多线程执行效率高，(并发程度（创建速度快）和任务切换（在一个进程空间内部完成多线程任务切换）
多进程执行效率低

2）通信角度

线程可以共享空间，可以直接通信(多线程间可以使用全局变量通信,因为全局变量为共享空间)
进程空间独立，不能直接通信(通信必须使用:管道、信号、消息队列、共享内存、信号灯等方式)

3）安全性

多进程安全(一个进程异常结束不影响其余进程执行) 多线程不安全(一个线程异常结束会导致进程结束,其余线程均无法继续执行)

4）资源消耗

进程的资源消耗要大于线程

3. 线程相关函数接口

（posix：可移植操作系统接口 Portable Operating System Interface of UNIX）

系统调用   pthread线程库
fork   pthread_create
exit   pthread_exit
wait   pthread_join
getpid, getppid   pthread_self

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

功能:
创建一个线程
参数:
thread:存放线程ID空间首地址
attr:线程的属性(默认NULL)
start_routine:线程入口函数地址
arg:给线程函数的参数
返回值:
成功：返回0
失败：返回非0值

关于线程的创建
每次pthread_create执行只能创建一个线程。
每个进程至少有一个线程称为主线程。
主进程退出则所有创建的子线程都退出。
主线程必须有子线程同时运行才算多线程程序。
线程id是线程的唯一标识，是CPU维护的一组数字。
pstree 查看系统中多线程的对应关系。
多个子线程可以执行同一回调函数。

3.2 pthread_self
pthread_t pthread_self(void); unsigned long int; %lu
功能：获取当前线程的线程id
参数：无
返回值：成功：返回当前线程的线程id
失败：-1；

3.3 pthread_exit（自杀）
void pthread_exit(void *retval);
功能：子线程自行退出
参数： retval 线程退出时候的返回状态，临死遗言。(不能是局部变量的地址)
返回值：无

3.4 pthread_cancel（他杀：被另一个线程结束）
int pthread_cancel(pthread_t thread);
功能：请求结束一个线程
参数：thread 请求结束一个线程tid
返回值：成功 :0
失败 :-1；

3.5 pthread_join
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
功能：通过该函数可以将指定的线程资源回收，该函数具有阻塞等待功能，如果指定的线程没有结束，则回收线程会阻塞等待。
参数：thread 要回收的子线程tid
retval 要回收的子线程返回值/状态。==》ptread_exit(值);
返回值：成功： 0
失败：-1；

关于线程的回收
线程的结束机制：
1）不同于进程，没有孤儿线程和僵尸线程的说法
2）主进程结束任意生成的次线程都会结束。(因为共享的进程空间被回收了)。
3）次线程的正常结束不会影响主线程的运行。

子线程的回收策略：
1）如果预估子线程可以有限范围内结束则正常用pthread_join等待回收。
2）如果预估子线程可能休眠或者阻塞则等待一定时间后强制回收。
3）如果子线程已知必须长时间运行则，不再回收其资源。

4. 线程属性

1. 可结合性：能被其他线程回收和杀死的线程具有可结合性，在没有被其他线程回收之前，其资源不释放；//类似于僵尸进程
使用pthread_join()函数回收。线程默认具有可结合性 joinable

2. 分离属性：不能被其他线程回收和杀死的线程具有分离属性，其存储资源在终止时被系统自动释放。//类似于孤儿进程 1）线程结束后空间自动被操作系统回收,无需调用回收线程的接口函数
2）线程无法在线程结束实现同步
3）无法回收线程结束状态

设置分离属性，目的线程消亡，自动回收空间。

4.1 线程设置分离属性（方法一）
1）pthread_attr_init

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
功能，初始化一个attr的变量
参数：attr，需要变量来接受初始值
返回：0 成功，
非0 错误；

2）pthread_attr_setdetachstate

int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
功能：把一个线程设置成相应的属性
参数，attr，属性变量，有init函数初始化他。
detachstate：有2个可选值，
PTHREAD_CREATE_JOINABLE:可结合性--->0
PTHREAD_CREATE_DETACHED：设置分离属性--->1

3）pthread_attr_destroy
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
功能:
销毁线程属性

4.2 线程设置分离属性（方法二）
1）pthread_detach int pthread_detach(pthread_t thread);
功能，设置分离属性
参数，线程id号，填设置分离属性的id

2）线程退出清理函数：成对使用
void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *)， void *arg); 功能：注册一个线程清理函数
参数，routine，线程清理函数的入口
arg，清理函数的参数。
返回值，无

3）pthread_cleanup_pop

void pthread_cleanup_pop(int execute);
功能：调用清理函数
execute：非0，执行清理函数
0 ，不执行清理
返回值，无