linux－线程

最新推荐文章于 2025-04-01 15:00:00 发布

KHY666

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分类专栏： linux 文章标签： linux

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本文介绍了Linux线程的概念，包括线程与Windows线程的区别、线程间的共享与非共享资源、线程与进程的对比。详细讲解了线程控制函数，如pthread_self、pthread_create、pthread_exit、pthread_join、pthread_detach和pthread_cancel，并给出了线程使用时的注意事项，如线程库版本一致性、线程回收和避免使用信号等。

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linux－线程

在这里插入图片描述

- 线程的概念

１＞linux的线程与windos的线程区别很大（win的线程比较完善，进程不行，linux的进程发展的更早）

２＞每一个进程都会分配0-4G的虚拟空间地址，而线程共享0-4G的虚拟地址空间，但每一个线程有自己不同的pcb．但pcb中指向内存资源的三级页表是相同的
在这里插入图片描述三级页表（mmu映射虚拟地址到物理内存的过程）

３＞线程是最小的执行单位（抢占cpu的最小单位（根据线程的LWP号（使用ps -Lf pid//查看指定的线程LWP号））），进程是最小的资源分配单位（0-4G资源分配）．
４＞进程可以蜕变成线程
５＞线程可看做是寄存器和栈的集合

- 线程之间共享的资源和非共享的资源

１＞线程共享的资源
a:文件描述符表
b：每种信号的处理方式（所以线程不建议使用信号，共享处理，互相干扰）
c:当前工作目录（因为创建线程需要进程，进程不变，多个线程自然共享工作目录）
d：用户ID和用户组ID
e:内存地址空间（.text/.data/.bss/heap/共享库）（除开了栈空间：因为栈空间存储的每个线程的函数h和变量）
２＞线程独享的资源
a:线程ID
b:处理器现场和栈指针（内核栈）
c:独立的栈空间（用户空间栈）
d:errno变量
e:信号屏蔽字（系统阻塞信号集）
f:调度优先级

- 线程与进程的对比

优点：１＞程序的并发性更高（抢占cpu的执行时间更强）；２＞开销小（与进程相差不是特别大）；３＞数据通信，共享数据方便；（因为工共享用户区（出去栈空间））
缺点（都不是很突出的问题）：１＞线程多使用库函数，相比系统函数不稳定；２＞不支持gdb调试；３＞对信号支持不友好；

- 线程控制函数

１＞pthread_self()函数：相当于getpid();获取当前线程的ID号（用于进程间识别不同的线程）．（注意：不应使用pthread_create()函数的传出参数获取线程的ID号，而应使用该函数）
２＞pthread_create()函数（相当于fork()函数）
注意：linux环境下，所有线程特点，失败若有返回值，直接返回的是编号；（区别进程）
３＞pthread_exit()函数(注意：exit();pthread_exit();return ;三者在线程编程中的使用)
a:pthread_exit：结束调用该函数的线程；
b:return：返回到调用函数的地方（上一级）
c:exit:结束进程，所有的线程也会结束（线程编程慎重使用）
4＞pthread_join()函数(相当于wait()函数（阻塞等待回收）)
注意：进程是父进程给子进程回收，但是线程可以不，子线程也可以调用该函数进行回收指定的线程．
５＞pthread_detach()函数（线程独有的）
将线程分离，分离后的线程结束后自动清理pcb控制部分的资源回收；常用于服务器里．分离后的线程就不需要pthread_join()函数回收(回收分离线程会报错);
６＞pthread_cancel()函数
注意：杀死（取消）线程，相当于进程的kill()函数，但是pthread_cancel()函数不是实时的，必须到达取消点（比如系统调用：pause,wait,等函数，man 7 pthreads查看取消点）才会取消．

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

	/*******************************************************
	*函数：pthread_self()　
	*头文件： #include <pthread.h>
	*格式： pthread_t pthread_self(void); //pthread_t:typedef unsigned long int类型
    *注意： Compile and link with -pthread（编译和链接时加上-pthread参数）
    *作用：获取当前进程的ID号
	*返回值：returning the calling thread's ID.
	********************************************************/
	
	/*******************************************************
	*函数：pthread_create()　
	*头文件： #include <pthread.h>
	*格式：int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
	*参数：pthread_t *thread：传出参数；保存系统分配的线程号；
	*const pthread_attr_t *attr：通常传入NULL，表示使用线程的默认属性．（可以通过此参数将创建的线程设置为游离状态（分离），线程栈空间大小的修改（容纳更多的线程））
	*void *(*start_routine) (void *)：函数指针(函数返回值为 void *，参数为 void *类型的)，指向表示线程体的函数，该函数运行完，
	*新创建的线程就结束．void *arg：线程主体函数的参数；
    	*注意： Compile and link with -pthread（编译和链接时加上-pthread参数）
   	 *作用：创建一个新的线程，主线程继续向下执行，而子线程去执行start_routine函数的动作
	*返回值：On  success,  pthread_create() returns 0; on error, it returns an error number, and the contents of *thread are undefined.
	********************************************************/
		/*******************************************************
	*函数：pthread_detach()　
	*头文件： #include <pthread.h>
	*格式：int pthread_detach(pthread_t thread);//pthread_t thread: pthread_create()第一个参数返回的线程号
    *注意： Compile and link with -pthread（编译和链接时加上-pthread参数）
   	*作用：分离线程，线程结束后自动回收内核资源，不需要再次调用pthread_join()进行回收．
	*返回值：On  success,  pthread_detach() returns 0; on error, it returns an error　number.
	********************************************************/
	/*******************************************************
	*函数：pthread_join()　
	*头文件： #include <pthread.h>
	*格式：int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);//pthread_t thread:pthread_create()函数创建线程时第一个参数传出的ID值；
	*void **retval：接受线程的返回值．(注意类型转换)
    *注意： Compile and link with -pthread（编译和链接时加上-pthread参数）
   	*作用：阻塞回收指定子线程（相当于进程中的wait()函数）(在回收的时候可以传递参数出来)
	*返回值：On  success,  pthread_join()  returns  0; on error, it returns an error number.
	********************************************************/
	/*******************************************************
	*函数：pthread_exit()　
	*头文件： #include <pthread.h>
	*格式：  void pthread_exit(void *retval);//void *retval:范型参数，无返回值
    *注意： Compile and link with -pthread（编译和链接时加上-pthread参数）
    *作用：terminate calling thread（将调用该函数的线程结束）
	*返回值：无
	*区别：　return:返回到调用函数的地方
	*		pthread_exit():将调用该函数的线程结束
	*		exit():结束进程,所有的线程也会结束（线程编程慎用）
	********************************************************/
	/*******************************************************
	*函数：pthread_cancel()　
	*头文件： #include <pthread.h>
	*格式：int pthread_cancel(pthread_t thread);//pthread_t thread:pthread_create()函数创建线程时第一个参数传出的ID值；
    *注意： Compile and link with -pthread（编译和链接时加上-pthread参数）
   	*作用：杀死线程（相当于进程中的kill()函数）
	*返回值：On  success, pthread_cancel() returns 0; on error, it returns a nonzero error number.
	********************************************************/

int var=100;//区分线程,子线程进行更改，全局也会更改，证明线程的全局变量是共享的（进程是：读时共享，写时复制）
int i=1;
int k=1;
//用于pthread_join()函数回收使用
typedef struct exit_c{
	int sta;
	char c;
	int num;
}exit_t;
//子线主体函数
void * pthread_func( void *arg)
{	
	exit_t *retval=(exit_t*)arg;//再一次格式转换	
	sleep(retval->num);
	var=1000;
	retval->c='M';
	retval->sta=retval->num+1;
	printf("%dth thread ID is:%lu，process ID id %d,var=%d\n",retval->num+1,pthread_self(),getpid(),var);
	pthread_exit((void *)retval);//这里等同return 0;但是使用exit(0)会导致进程退出，所有线程也会退出．//注意(void *)retval类型转换；
}

/*******************************************************
*验证线程控制原语
*******************************************************/
int main()
{
	pthread_t tid[5]; //存放五个线程的tid
	int ret,ret1;
	exit_t *retval[5];
	//循环创建5个线程，区别进程（线程不用考虑子线程创建子线程的问题，如果要子线程创建子线程，需要在pthread_func()函数再次调用pthread_create()函数．）
	for(int i=0;i<5;i++)
	{	
		retval[i]=(exit_t*)malloc(sizeof(exit_t));
		retval[i]->num=i;
		ret=pthread_create(&tid[i],NULL,pthread_func,(void *)retval[i]);//注意：(void *)retval：retval是需要转换类型的，进行的是传值操作；如果这里传入retval，进行传地址操作；
        //会导致错误（5个线程的产生很快完成，但是线程的主体函数不一定运行完，所以就会导致上一个线程与下一个线程的值相等，所以在传地址的时候保证地址的唯一性；（创建一个线程就均可传值\传地址）
        //ret1=pthread_detach(tid[i]);//如果此处设置线程分离，后面就不用调用pthread_join()函数进行线程回收                                      	             	 	
		                                                   		 	 
		if(ret!=0)
		{
			 fprintf(stderr,"pthread_create error:%s\n",strerror(ret));  //char *strerror(int errnum);//该函数只需传入错误号，然后就会输出对应的错误描述（进程编程就会直接返回错误描述）;int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)；
			 exit(1);
		}
	}
	sleep(i);//保证每个线程都去运行线程主体函数

	//回收5个线程
	
	sleep(6);//保证子线程创建完毕
	for(int i=0;i<5;i++)
	{	
		
		pthread_join(tid[i],(void **)&retval[i]);//阻塞等待回收子线程；//(void **)&retval[i]一级指针转为二级指针：先取地址，再转为二级指针
		printf("**************************************************\n");
		printf("%dth thread was Recycled: sta:%d; c:%c; \n", retval[i]->num+1 ,retval[i]->sta,retval[i]->c);
		free(retval[i]);
	}
	printf("*******in mian thread ID is:%lu，process ID id %d,var=%d*********\n",pthread_self(),getpid(),var);
	
	pthread_exit(NULL);//主控线程结束，并不会导致进程ID号的改变//　这里如果不加slepp(); return 0；和exit(0);都会是进程退出；
}

运行结果：
在这里插入图片描述

- 线程\进程控制函数对比

在这里插入图片描述注意：分离线程回收会报错22(所以分离的线程不用回收)，杀死的线程回收值为-1;(pthread_testcancel()函数是加入取消点的作用)

- 线程使用的注意事项

１＞注意NPTL库版本一致（使用命令查看：getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION）(GNU提供线程库，编程平台不一样时需要保证该库的版本一致)
２＞编译的时候加上　-pthread （引入线程库）
３＞主线程退出，其他线程不退出时应该调用pthread_exit(),如果用其他的（return exit）导致进程退出，全部线程也会退出
４＞避免僵尸线程：１：pthread_join()回收线程；２：pthread_detach()函数分离线程；３：pthread_creat()函数第二个参数指定创建的线程为游离态；
５＞各个线程共享堆区，所以malloc()和mmap分配的空间可以区其他线程释放；
６＞避免在线程里使用fork()函数
７＞避免在线程里引入信号机制；