Linux ： 线程控制总结 (POSIX线程库、创建线程、线程ID及进程地址空间布局、线程终止、线程等待 、分离线程)

POSIX线程库：

• 与线程有关的函数构成了一个完整的系列，绝大多数函数的名字都是以“pthread_”打头的
• 要使用这些函数库，要通过引入头文<pthread.h>
• 链接这些线程函数库时要使用编译器命令的“-lpthread”选项

创建线程：

原型

#include <pthread.h>

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

功能 ：创建一个新的线程
参数 ：
thread —> 返回线程ID
attr —> 设置线程的属性，attr为 NULL 表示使用默认属性
start_routine —> 是个函数地址，线程启动后要执行的函数
arg —> 传给线程启动函数的参数
返回值 ：成功返回0；失败返回错误码

错误检查 ：

• 传统的一些函数是，成功返回 0，失败返回 -1，并且对全局变量 errno 赋值以指示错误。
• pthreads 函数出错时不会设置全局变 errno（而大部分其他 POSIX 函数会这样做）。而是将错误代码通过返回值返回
• pthreads 同样也提供了线程内的 errno 变量，以支持其它使用 errno 的代码。对于 pthreads 函数的错误，建议通过返回值业判定，因为读取返回值要比读取线程内的 errno 变量的开销更小

下面看一个代码，看能发现什么吧！！！

 #include <iostream>
 #include <pthread.h>
 #include <unistd.h>
      
 void *ThreadRun (void *arg)
{    
     while(1)
     {
         std::cout << "I am New Thread"  << std::endl;    //子线程
         sleep(2);
     }                                                                                                                             
 }    
      
 int main()
 {    
     pthread_t tid;
     pthread_create(&tid, NULL,ThreadRun, (void*)"thread 1");
      
     while(1)
     {
         std::cout << "I am Main Thread" << std::endl;     //主线程
         sleep(1);
     }
      
     std::cout << "pthread done "  << std::endl ;
 } 

可见：一个进程内可有多个执行流同时运行

线程ID及进程地址空间布局：

• pthread _ create 函数会产生一个线程 ID ，存放在第一个参数指向的地址中。
• 前面讲的线程 ID 属于进程调度的范畴。因为线程是轻量级进程，是操作系统调度器的最小单位，所以需要一个数值来唯一表示该线程。
• pthread_ create 函数第一个参数指向一个虚拟内存单元，该内存单元的地址即为新创建线程的线程 ID ，属于 NPTL 线程库的范畴。线程库的后续操作，就是根据该线程 ID 来操作线程的。
• 线程库 NPTL 提供了 pthread_ self 函数，可以获得线程自身的 ID ：

pthread_t pthread_self ( void );

对于Linux目前实现的NPTL实现而言，pthread_t类型的线程ID，本质就
是一个进程地址空间上的一个地址，

线程在地址空间的布局图，如下图 ：

线程独立栈结构是怎么保证的呢？？（ 解读上图 ）

主线程是独立的，动态库加载后，要把动态库本身全部信息映射到主线程堆、栈之间的共享区（mmap），mmap的过程与共享内存映射一样；动态库里除了有代码，还有为维护线程创建的数据结构。
用户级别动态库本身还承担了线程的组织、管理工作，即每一个线程地址空间有 struct_pthread（线程结构体） 、线程局部存储和线程栈，实现“先描述、再组织”，可见每一个线程都有自己的私有栈。将这三个打包成一个整体，可以进行用户级别的线程描述。

线程终止：

如果需要只终止某个线程，而不终止整个进程，可以有三种方法:
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> 线程可以调用 pthread_ exit 终止自己
3> 一个线程可以调用 pthread_ cancel 终止同一进程中的另一个线程

• pthread_exit函数
  原型

void pthread_exit(void *value_ptr);

功能 ：线程终止
参数 ：
value_ptr —> value_ptr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）
注意 ：
pthread_exit 或者 return 返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者是用 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

• pthread_cancel函数
  原型

int pthread_cancel(pthread_t thread);

功能 :取消一个执行中的线程
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

为什么需要线程等待？

已经退出的线程，其空间没有被释放，仍然在进程的地址空间内。
创建新的线程不会复用刚才退出线程的地址空间。
（不等的话，会出现类似僵尸进程的情况，会浪费资源，导致内存泄漏）

• pthread_join
  原型

int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);

功能 ：等待线程结束
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
返回值 ：成功返回0；失败返回错误码

调用该函数的线程将挂起等待,直到 id 为 thread 的线程终止。
thread线程以不同的方法终止,通过 pthread_join 得到的终止状态是不同的，总结如下:

• 如果thread线程通过return返回 , value_ ptr 所指向的单元里存放的是 thread 线程函数的返回值
• 如果 thread 线程被别的线程调用 pthread_ cancel 异常终掉, value_ ptr 所指向的单元里存放的是常数 PTHREAD_CANCELED(代表该线程被取消)
• 如果 thread 线程是自己调用 pthread_exit 终止的 , value_ptr 所指向的单元存放的是传给 pthread_exit 的参数
• 如果对 thread 线程的终止状态不感兴趣,可以传 NULL 给 value_ ptr 参数

分离线程 ：

• 默认情况下，新创建的线程是 joinable 的，线程退出后，需要对其进行 pthread_join 操作，否则无法释放资源，从而造成系统泄漏
• 如果不关心线程的返回值， join 是一种负担，这个时候，我们可以告诉系统，当线程退出时，自动释放线程资源

int pthread_detach(pthread_t thread);

可以是线程组内其他线程对目标线程进行分离，也可以是线程自己分离:

pthread_detach(pthread_self());

joinable 和分离是冲突的，一个线程不能既是 joinable 又是分离的