（Linux）线程基础

什么是线程

1. 线程是比进程的执行粒度更细的一个执行流（线程是进程的子集），是进程内部的执行分支（可理解为线程是在进程的地址空间内运行），是调度的基本单位。
2. 一个进程至少有一个执行线程
3. Linux没有真正的线程，但它用进程来模拟实现线程，而这种进程被称为轻量级进程。
4. 线程用TCB管理，但是Linux下没有TCB，因此Linux用PCB模拟TCB，创建进程只有创建PCB，再分配资源即可，并且cup认为PCB为调度的基本单位。

线程和进程的比较

1. 进程时资源竞争的基本单位
2. 线程是程序执行的最小单位
3. 线程共享同一进程数据，但也拥有自己独立的一部分数据，如自己的上下文数据（主要用于恢复数据）、线程ID、私有结构栈、寄存器、errno、信号屏蔽字、调度优先级，所以线程相对于进程而言，创建和调度成本低。
4. 一个进程的多个线程共享以下数据:同一个地址空间、文件描述符表、每种信号的处理方式、当前工作目录、用户ID和组ID，一个进程只有一个主线程

线程的优点

1. 创建成本低。
2. 调度（选择、切换）成本低。
3. 占用资源少。
4. 能充分利用多处理器的可并行数量。
5. 在等待慢速I/O操作结束的同时，程序可执行其他的计算机任务。
6. 计算密集型应用的时候，为了能在多处理器系统上运行，将计算分解到多个线程中实现。
7. 线程可以同时等待不同I/O操作。

线程的缺点

1. 性能损失（主要体现在计算密集型线程，由于该线程不可和其他线程公用同一个处理器，所以当该线程数量超过处理器数量的时候，就会增加额外的同步和调度开销，而可用的资源不变）
2. 健壮性降低（线程和线程间缺乏安全性）
3. 缺乏访问控制（也就是一个线程在调用某些OS函数时，会影响整个进程，更通俗一点就是，一个线程的某些操作会影响整个进程，特别是当一个线程出错的时候，整个进程就会被释放）
4. 编辑难度提高

线程控制

POSI线程库

• 和线程有关的函数构成可一个完整的系列，一般都以pthread_ 开头。
• 链接这些线程函数时需要使用编译器命令的“-lpthread”选项。
• 头文件”pthread.h”

创建线程

int pthread_create(pthread_t* thread, const pthread_attr_t* attr, void* (*start_routine)(void*) void* arg);
//thread:返回线程ID，ptread_t是无符号长整型
//attr：线程属性，一般设默认NULL
//start_routine:函数指针，表示线程要执行的函数
//arg：传个线程启动函数的参数，一般为NULL
//返回值：成功返回0，失败返回错误码

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


void* rout(void* arg){//必须要交上参数，否则会报错，并且编译时一定要加上-lpthread选项                                                                                                          
    (void)arg;
    for(;;){
        printf("I an thread1!\n");
        sleep(2);
    }   
}

int main(){
    pthread_t tid;
    int ret;
    if((ret = pthread_create(&tid, NULL, rout, NULL)) != 0){ 
        printf("pthread_create error, error : %s\n", strerror(ret));
        exit(EXIT_FAILURE);
    }   

    for(;;){
        printf("I am main thread\n");
        sleep(1);
    }   
    return 0;
}

线程ID

线程ID是pid_t类型的变量，而且用来唯一标识线程的一个整型变量。
Linux提供了gettid系统调用来返回其线程ID，但是gilbc并没有将该系统调用封装起来，在开放接口来供程序员使用，如果想要获得线程ID，可以使用如下方法：

#include <sys/syscall.h>
pid_t tid;
tid = syscall(SYS_gettid);

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，该线程ID和前面说的线程ID不是一回事，前面的线程ID属于进程调度范围，因为线程是轻量级进程，是操作系统的调度器的最小单位，所以需要一个唯一的值来表示该线程。
线程库NPTL提供了pthread_self函数来获得线程自身的ID

pthread_t pthread_self(void);

线程终止

止终止线程而不终止整个进程可以使用以下三个方法：

1. 从线程函数处return。这种方法对主线程不适用，因为从main函数return相当于调用exit。
2. 线程可以调用pthread_exit来终止自己。
3. 一个线程可以调用pthread_cancle终止同一个进程中的另外一个线程。
   pthread_exit函数：线程终止

void pthread_exit(void* value_ptr);
//value_ptr:不要将其指向一个局部变量
//返回值：无返回值，线程结束的时候无法返回到它调用者（自身）

注意：pthread_exit或者return返回指针所指向的内存单元必须是全局的或者使用malloc分配的，不能再线程函数栈上分配，因为当其他线程得到这个返回指针的时候线程函数已经退出了。

pthread_cancel函数：取消一个执行中的线程

int pthread_cancel(pthread_t thread);
//thread:线程ID
//返回值：成功放会0，失败返回错误码

进程等待

为什么？

1. 已经退出的线程，其空间并没有被释放，仍然在进程的地址空间内。
2. 创建新的线程不会复用刚才退出线程的地址空间。

因此，就需要等待线程真正终止。

方法：

int pthread_join(pthread_t thread, void** value_ptr);
返回值：成功返回0，失败返回错误码

thread线程以不同的方法终止，通过pthread_join的到的终止状态也有所不同：

• 通过return返回，value_ptr所指向的单元内存放的是thread线程函数的返回值
• thread线程被别的线程调用pthread_cancel异常终止，value_ptr指向的单元里存放的是常熟PTHREAD_CANCELED
• 被自己调用pthread_exit终止，其指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数
• 如果对其不感兴趣，就传NULL给value_ptr

分离线程

为神马：

• 默认情况下，新创建的线程在线程退出后，需要进行pthread_join操作，否则无法释放资源，从而造成内存泄漏
• 如果不关心线程的返回值，join就是一种负担， 这时，我们就可以让操作系统，当线程退出时，自动释放资源。

进程内任意分离的线程出现异常，同样会影响到进程

//用于线程分离
int pthread_detach（pthread_t thread）;

测试代码：

  #include <stdio.h>                                                            
  #include <unistd.h>
  #include <pthread.h>
  void* thread_run1(char* arg){
      printf("I am %s\n", arg);
      pthread_detach(pthread_self());    
      pthread_exit(0);
      //return (void*)123;
  }

  void* thread_run2(char* arg){
      printf("I am %s\n", arg);
      return (void*)123;
  }

  int main(){
      pthread_t tid1, tid2;
      pthread_create(&tid1, NULL, thread_run1, "thread 1");
      pthread_create(&tid2, NULL, thread_run2, "thread 2");
     // pthread_cancel(tid);

      void* ret1;
      void* ret2;

      pthread_join(tid1, &ret1);
      pthread_join(tid2, &ret2);


      printf("%lu  %lu\n", pthread_self(), tid1);
      printf("main thread run new thread ret:%lu\n", (size_t)ret1);
      return 0;
  }