线程管理一

线程管理一

进程小结：
进程概念：进程是运行中的程序；
进程的状态：大概分为就绪、运行、阻塞；
进程加载：分页（页表），虚拟内存；
进程的创建：调用fork()函数（fork与vfork的区别），调用一次，返回两次，父进程返回子进程的pid，子进程返回0；
以及写时拷贝技术；
父子进程数据共享分析：
共享：文件描述符（浅拷贝）；
不共享：全局变量、栈区、堆区；
僵尸进程：子进程结束，父进程未结束，并且父进程未获取子进程的退出数据（退出码）；
僵尸进程的处理：wait  和  waitpid
信号：是一种预先定义好的事件；
发送信号：kill函数、raise函数；
修改信号的响应方式：signal函数 、sigaction函数；
三种方式：忽略（SIG_IGN）、默认（SIG_DFL）、自定义：信号处理函数；
信号的底层实现：0.11版本源代码；
进程间的通讯 ：信号、有名管道（FIFO）、无名管道、信号量、消息队列、共享内存；

一、引言：

进程在一个时间只能干一件事，那么要想干两件事情，只能一件干完再去干另外一件事情。但是这不是我们想要的，我们的意图是同时干两件事情，要想这样，只能使进程进行分身---线程，既然说线程是进程的分身，那么从本质上是一样的，但是也有一些地方不一样，就像分身，不同的分身执行不同的任务，这里也是一样的，那么线程到底是怎么定义的呢？

二、线程的概念：

在一个程序中多个执行路线叫线程，那么更详细点就是说：线程是进程内部的一个执行序列。因此，说一个进程内部可以有多个线程。形象点：就是演出一场戏需要舞台、演员，而这里的演员就是我们的线程、舞台就是地址空间，这里地址空间和所有演员就构成了我们的进程。
在线程模式下：一个进程至少有一个线程，也可以有多个线程

图解：

我们可以通过线程库创建新的线程，我们将main函数执行的序列称之为主线程，新生成的线程称为函数线程。

线程与进程之间的区别：
a.进程是资源分配的最小单位，线程是调度的最小单位；
b.父子进程只共享文件描述符，但是一个进程内的多个线程可以共享文件描述符、全局数据、堆区数据、
c.创建线程所需要的资源比创建进程的资源少，所以线程间的切换比进程间的切换效率高；

为什么进程分为多线程执行：
我们知道，一个进程一个时间只能做一件事情，而一个进程内部是多线程的话，那么多个线程就相当于是进程的分身，可以去同时执行多个任务。这只是一个原因。
再就是在没有线程的情况下，增加一个处理器并不能让一个进程的执行速度提高。但是如果是分成多个线程以后，那么不同的线程执行在不同的处理器上，这样进程效率就会显著的提高。
比如：在我们wps上进行写文档的时候，就是多线程的实现，一个负责接收，一个负责显示在屏幕上，一个进行计数，还有存往磁盘上面。所以，当我们在用这个wps程序的时候就会发现，它的好多的功能都是同时实现的，这就是多线程的好处。

图解：

三、线程的管理：

进程是需要管理的，同样的线程也是需要管理的，那么管理线程也是要维持线程的各种信息，这些信息包含了线程的各种关键资料，存放这些信息的结构称之为线程控制表或者叫线程控制块，那么线程控制块到底有什么资源呢。
我们说过线程共享一个进程空间，因此很多资源是共享的，这些的资源不是放在线程控制块的，而是放在进程块中的，由于线程是不同的执行序列，那么有些资源也是不会共享的，上面我们只是说了一部分，并且这些不被共享的资源就需要放在线程控制块中。但是应当让共享的资源越多越好，因为我们发明线程的目的就是经常协作，共享自然是我们希望看到的。

如果某资源不独享会导致线程运行错误，则该资源就由每个线程独享；而其他资源都由进程里面的所有线程共享。按照这句话，进行如图概括：

通过了解知道线程是进程的一部分，那么是谁来管理线程的呢？一种是让进程来管理线程，另外一种是操作系统来管理线程。这也就生成了两种线程的实现方式，即内核态线程和用户态线程。由进程自己管理的就是用户态实现，操作系统管理就是内核态实现。但是我们知道进程是在cpu上实现并发（多道编程），而cpu是由操作系统管理的，因此，进程的实现只能由操作系统来进行，而不存在用户态实现的情况。但是线程就不同了，线程是进程内部的东西，这就有必要了。

四、线程的创建方式：

a.内核态线程实现：

优点：用户编程简单，线程切换由内核负责，如果一个线程阻塞，进程并不会阻塞；
缺点：效率低，因为线程在内核态实现，每次线程切换都需要陷入内核，由操作系统进行调度。并且操作系统需要我维护线程表，当线程的数量大大高于进程的数量，随着线程的数量增加，系统内核空间将会被耗尽。如果内核空间溢出，操作系统将停止运转。最重要的是内核态的实现需要修改操作系统。

b.用户态线程的实现：

用户态是如何进行线程调度的呢？用户自己写一个执行系统作调度器。
优点：灵活性高，线程切换快，切换在用户态进行，不需要陷入内核态；不用修改操作系统。
缺点：编程负责，用户需要自己管理线程调度，安全问题。当执行过程中，一个线程阻塞，它无法将控制权交出来，这样整个进程无法推进。操作系统随即把cpu控制权交给另外一个进程。

c.混合模式：

混合模式：将内核态和用户态结合起来。用户态的执行系统负责进程内部线程在非阻塞时的切换；内核态的操作系统负责阻塞线程的切换，即使我们同时实现内核态和用户态线程管理。也就是用户态线程被多路复用到内核态线程上。所以，在分配线程的时候，我们可以将需要执行阻塞操作的线程设为内核态线程。

五、如何使用线程库创建线程：

pthread_create函数：
int pthread_create(pthread_t *thread,   pthread_attr_t *attr,   void *(*start_routine)(void *),   void *arg);
第一个参数：指向pthread_t类型数据的指针，线程被创建时，这个指针指向的变量中被写入一个标识符，我们用该标识符来引用新线程。必须在创建线程时设置，必须传地址。
第二个参数：用于设置线程的属性，一般不需要特殊的属性，只需要设置该参数为NULL。
第三个参数：线程函数，指定新创建出的线程的指定函数
void *(*start_routinue)(void *);
所以pthread_create函数第三个参数必须传一个函数指针,而这个函数指针指向的函数以一个void的指针为参数，返回的也是一个指向void的指针；
第四个参数：就是第三个参数函数指针所指向线程函数给传的一个void*参数。
返回值：pthread_create 函数调用成功返回0，失败返回错误代码；

pthread_exit函数：仅结束调用这个函数的线程
这个函数的作用，终止调用它的线程并返回一个指向某个对象的指针。注意：不能用它来返回一个指向局部变量的指针，因为线程调用该函数后，局部变量就不存在了。
void pthread_exit(void *)
参数是传递线程结束的信息；

pthread_join函数：
等待线程结束，接收线程结束信息。类似于进程中用来收集子进程信息的wait函数。
pthread_join(pthread_t th,   void ** thread_return);
第一个参数：是将要等待的线程，线程通过pthread_create返回的标识符来指定.
第二个参数：是一个二级指针，指向一个一级指针，而这个一级指针指向线程的返回值。
返回值：成功返回0，失败返回错误代码。

六、测试：

代码如下：

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

void* fun(void *arg)
{
	int i = 0;
	for (; i<5; ++i)
	{
		printf("i am fun\n");
		sleep(1);
	}
}


void main()
{
	pthread_t id;
	int res = pthread_create(&id,NULL,fun,NULL);
	assert(res == 0);
	int i = 0;
	for (; i<3; ++i)
	{
		printf("i am main\n");
		sleep(1);
	}
}

Linux 终端下gcc命令：gcc   -o   pthread   pthread_create.c    -lpthread(-lpthread 是链接线程库)

按代码逻辑来看，应该是打印出来的是五个i am fun 和三个i am main。但是我们看一下结果。

显示出来是各为三个，那么这是为什么呢，当我们再实验一下，换一下，看如下代码：

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

void* fun(void *arg)
{
	int i = 0;
	for (; i<3; ++i)
	{
		printf("i am fun\n");
		sleep(1);
	}
}


void main()
{
	pthread_t id;
	int res = pthread_create(&id,NULL,fun,NULL);
	assert(res == 0);
	int i = 0;
	for (; i<5; ++i)
	{
		printf("i am main\n");
		sleep(1);
	}
}

按照逻辑，这个是五个 i am main   三个i am fun ，看结果：

看结果与我们的预想是一模一样的，那么两个就颠倒了一下，结果却差这么多，那么从两个实验代码中可以推到出，问题出在了main函数中，也就是我们的主线程中。

结论：
主函数与线程函数的运行关系：
主线程和函数线程并行运行，创建出函数线程后，主线程和函数线程谁先开始运行是不一定的，由当前系统和调度算法确定。
主线程如果先结束，默认调用exit函数，exit会结束整个进程，函数线程也会随之结束，那这并不是我们想要看到的结果，我们的函数线程的工作还没有完，就强行结束，这是万万不能的。那怎么解决呢。
解决方法：使主线程延迟结束，也就是像我们前面讲父子进程的时候，wait函数一样。我们这里是调用pthread_join函数，在主线程中添加函数：pthread_join(id,  NULL);

修改后代码如下：

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

void* fun(void *arg)
{
	int i = 0;
	for (; i<5; ++i)
	{
		printf("i am fun\n");
		sleep(1);
	}
}


void main()
{
	pthread_t id;
	int res = pthread_create(&id,NULL,fun,NULL);
	assert(res == 0);
	int i = 0;
	for (; i<3; ++i)
	{
		printf("i am main\n");
		sleep(1);
	}
	pthread_join(id,NULL);
}

结果：

是不是与我们的预想一模一样了。惊不惊喜，哈哈哈。