【Linux】线程总结：初识、创建、等待、终止、分离

学习环境 ：　 Centos6.5 Linux 内核 2.6

Linux线程部分总结分为两部分：（1）线程的使用 ，（2）线程的同步与互斥。

第一部分线程的使用主要介绍，线程的概念，创建线程，线程退出，以及线程的终止与分离。

第二部分主要介绍在多线程环境下，使用同步与互斥保护共享资源，有互斥锁，条件变量，信号量，以及读写锁。

第一部分开始

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初识线程

线程：也称轻量级进程（Lightweight Process ， LWP），是程序执行流的最小单元。而多线程就是指，在一个进程中有多个执行流，在同时执行。

为什么需要多线程呢？

在客户端，我们需要界面和用户交互动作，此时就可以在后台线程去处理交互逻辑。比如下载一个文件利用一个线程，而同时还可以用一个线程响应用户的其他操作。

在服务端，如http服务器，会同时有多个请求需要处理，此时利用多线程可以大大提高请求的处理效率。

线程与进程的区别：

进程是资源分配的基本单位，而线程是调度的基本单元。操作系统中每一个执行的进程，都有它自己的地址空间，而同一进程中可以有多个线程，也就是多个执行流在同时执行。这里的同时，如果是单核处理器，则此时并不是真正意义上的同时，由于处理器运行速度很快，给每个执行流分配了时间片，在单核处理器中微观上还是顺序执行，而在多核处理器中，就是真正意义上的并行。由于同一进程的多个线程共享同一地址空间，因此线程之间有互相共享的资源，也有彼此独占的资源。

线程之间共享的资源主要有：

• 地址空间
• 数据段和代码段
• 全局变量
• 文件描述符表
• 信号处理方式（忽略或者有自定义动作）
• 用户ID和组ID
• 当前工作目录

每个线程各有一份的资源主要有：

• 线程ID
• 上下文（寄存器，程序计数器，栈指针）
• 栈空间
• 状态字
• 信号屏蔽字
• 调度优先级

进程与线程的区别归纳如下几点：

1. 地址空间：进程间相互独立，每个进程都有自己独立的地址空间，同一进程的各线程间共享地址空间。某个进程内的线程在其他进程内不可见。
2. 通信关系：进程间通信有管道，消息队列，共享内存，信号量。线程间通信可以直接读写全局变量来进行通信。不管是进程还是线程，通信时可能出现数据不一致的情况，需要用同步互斥机制来保证数据的一致性。
3. 切换和调度：由于进程间独占数据段代码段等信息，所以切换进程的时候，需要把进程间独占的资源切换去，把要执行的进程资源换进来，而线程是进程的子集，共享大部分资源，切换时只需要保存上下文相关信息就好，所以线程切换的开销比进程切换的开销小。

线程的三种状态

线程主要有三种状态分别是就绪、阻塞、运行。

就绪：线程具备运行的所有条件，逻辑上已可以运行，在等待处理机。

阻塞：指线程在等待某一时间的发生，如I/O操作。

运行：占有处理器正在运行。

注：关于进程与线程之间阻塞状态的关系，在文末做了个实验。

线程的控制

主要学习如何创建一个线程，线程有哪些终止方式，以及怎么获取一个线程的运行结果，判断线程是否异常退出，线程生命结束时有没有”遗言“。

这里学习的线程库函数由POSIX标准定义的，称为POSIX thread 或者 pthread。在Linux中函数位于libpthread共享库中，在gcc编译或者Makefile中记得要加上 -lpthread选项，用来指定要链接的库。函数在执行错误时的错误信息将作为返回值返回，并不修改全局变量errno，也就无法通过 perror() 打印错误信息。

创建线程

#include <pthread.h>

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

描述：创建一个线程，用第一个参数线程标识符，第二个参数设置线程属性，第三个参数指定线程函数运行的起始地址（函数指针），第四个参数是运行函数的参数。

实例：下面的代码创建了两个线程，并分别在线程中调用pthread_self()打印各自的线程ID，以及调用 getpid() 打印进程ID，为了对比也在创建线程的Main执行流中打印线程ID，和进程ID。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>    // pthread_create()
#include <unistd.h>     // sleep()
#include <sys/types.h>  // getpid()

// 打印每个线程的ID， 和进行ID

void * run_1(void *arg)  // 线程1 执行代码
{
    sleep(1);
    printf(" thread 1 tid is  %u,  pid is %u \n", pthread_self(), getpid()); 
}

void * run_2(void *arg)  // 线程2 执行代码