Linux下对线程的认识+生产消费者模型+信号量

线程的概念

线程是进程内部中更加轻量化的一种执行流。线程是CPU调度的基本单位，而进程是承担系统资源的实体。就是说一个进程中可能会有多个线程，而在Linux内核中并没有真正重新的创建线程并重新进行资源分配，因为我们每个线程指向的资源都是一样的，都在进程的地址空间空间中，所以Linux内部的线程创建本质就是创建PCB结构体（称作TCB），并指向同一个进程地址空间。可以说线程的创建其实就是进行资源的分配。

线程的理解 

int gav=100;
void *ThreadRoutine(void *arg)
{
    const char *threadname = (const char *)arg;
    while (true)
    {
        cout << "I am a new thread: " << threadname<<" gav = "<<gav<<" &gav = "<<&gav<<endl;
        gav--;
        sleep(1);
    }
}
int main()
{
    // 已经有进程了
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, ThreadRoutine, (void *)"thread 1");

    // 主线程
    while (true)
    {
        cout << "I am main thread"<<" gav = "<<gav<<" &gav = "<<&gav<<endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

我们多个线程的全局数据是共享的，所以尽管创建了新线程，也是可以访问全局数据的。 

 我们的主线程LWP和PID的值是相等的，而LWP就是（light weight process）轻量级进程的缩写，我们CPU进行调度时看的就是LWP。其实g++编译线程相关程序的过程其实是需要带上库名的： -l pthread，其实原因也可以解释：

线程库

test.exe:test.cpp
	g++ -o $@ $^ -std=c++11 -l pthread
.PHONY:clean
clean:
	rm -f test.exe
run:
	./test.exe

我们发现当我们编写makefile文件时，在g++编译线程的程序时必须要用到-l pthread，其实就是因为我们的Linux内核中并没有创建线程的接口，只有轻量级进程的概念。（其实就是通过PCB代替了线程TCB）所以在当我们pthread_create创建线程时，本制就是在用户层和操作系统层之间封装一层软件层（pthread原生线程库），其中对上提供了线程的相关控制接口，对下就是通过调用相关轻量级进程的控制函数。

竟然这是一个库那么就好理解了：动态库和静态库的理解 Linux-优快云博客

 我们使用库文件是需要标明头文件的路径（-I），库文件的路径（-L），库名（-l），如果我们的头文件拷贝到/usr/include目录下，库文件拷贝到/lib64目录下的话就不需要指定各自路径，只需要指定库名就行，因为程序在编译的过程时会默认到以上路径下去找头文件和库文件，找不到才需要带上各自路径。

线程切换效率高

我们的线程指向的是同一个地址空间，同一张页表，所以各个线程中的固定资源都是一样的。CPU中存在着一个Cache缓存，这里面存放的就是程序所要执行的代码与数据，当执行当前代码时，进程上下文就会在Cache中找后续代码并执行，但是此过程可能会发生函数跳转，Cache失效会重行加载代码，但是根据局部性原理，大概率上下代码是连续执行的。所以我们的线程切换是不用切换Cache的。而且我们知道进程间是独立的，数据都是各自私有，所以线程切换相对于进程而言所切换的寄存器内容更少。

线程出现问题，进程就终止

int gav=100;
void *ThreadRoutine(void *arg)
{
    const char *threadname = (const char *)arg;
    while (true)
    {
        
        cout << "I am a new thread: " << threadname<<" gav = "<<gav<<" &gav = "<<&gav<<endl;
        gav--;
        sleep(1);
        int a=3;
        a/=0;
    }
}
int main()
{
    // 已经有进程了
    pthread_t tid_1,tid_2,tid_3;
    pthread_create(&tid_1, nullptr, ThreadRoutine, (void *)"thread 1");
    pthread_create(&tid_2, nullptr, ThreadRoutine, (void *)"thread 2");
    pthread_create(&tid_3, nullptr, ThreadRoutine, (void *)"thread 3");

    // 主线程
    while (true)
    {
        cout << "I am main thread"<<" gav = "<<gav<<" &gav = "<<&gav<<endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

其实就是因为线程中对每种信号的处理方式都是共享的，也就是handler表共享，所以一个线程崩溃的话，其他线程就会执行相同的处理方法。 

线程终止与返回值

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.

pthread_exit函数
功能：线程终止
原型：void pthread_exit(void *value_ptr);
参数：value_ptr:value_ptr，是线程退出的返回值，不要指向一个局部变量。
返回值：无返回值，跟进程一样，线程结束的时候无法返回到它的调用者（自身）

3.

pthread_cancel函数
功能：取消一个执行中的线程，取消后该线程的返回值设为-1（PTHREAD_CANCELED）
原型：int pthread_cancel(pthread_t thread);
参数：thread：线程ID
返回值：成功返回0；失败返回错误码

线程等待： 

pthread_join函数
功能：等待线程结束
原型
int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);
参数
thread:线程ID
value_ptr:它指向一个指针，后者指向线程的返回值（输出型参数）
返回值：成功返回0；失败返回错误码

void *ThreadRoutine(void *arg)
{
    const char *threadname = (const char *)arg;
    while (true)
    {
        cout << "I am a new thread: " << threadname << endl;
        sleep(1);
        break;
    }
    static char tmp[60]; // 局部变量出栈就会销毁，设为静态
    snprintf(tmp, sizeof(tmp), "i have done:%s", threadname);
    pthread_exit((void *)tmp);
}
int main(