Linux线程概念及基本控制原语

线程概念

LWP：light weight process 轻量级的进程，本质仍是进程(在 Linux 环境下)；查看 LWP 号：ps –Lf pid 查看指定线程的 LWP 号
进程：独立地址空间，拥有 PCB
线程：有独立的 PCB，但没有独立的地址空间(共享)
区别：在于是否共享地址空间。 独居(进程)；合租(线程)。
Linux 下： 线程：最小的执行单位；进程：最小分配资源单位，可看成是只有一个线程的进程；轻量级进程(light-weight process)，也有 PCB，创建线程使用的底层函数和进程一样，都是 clone；
gcc编译注意事项：应用-lpthread 参数链接线程库；

线程共享和非共享资源

线程共享资源

1. 文件描述符表
2. 内存地址空间 (.text/.data/.bss/heap/共享库)
3. 每种信号的处理方式
4. 用户 ID 和组 ID
5. 当前工作目录

线程非共享资源

1. 线程 id
2. 处理器现场和栈指针(内核栈)
3. 独立的栈空间(用户空间栈)
4. errno 变量
5. 信号屏蔽字
6. 调度优先级

线程优、缺点

优点： 1. 提高程序并发性 2. 开销小 3. 数据通信、共享数据方便
缺点： 1. 库函数，不稳定 2. 调试、编写困难、不支持gdb 3. 对信号支持不好
优点相对突出，缺点均不是硬伤。Linux 下由于实现方法导致进程、线程差别不是很大。

线程控制函数

pthread_self()

作用：获取线程 ID。其作用对应进程中 getpid() 函数。

函数原型：pthread_t pthread_self(void);
参数：无参数；
返回值：成功：0； 失败：无

• 线程 ID：pthread_t 类型，本质：在 Linux 下为无符号整数(%lu)，其他系统中可能是结构体实现

• 线程 ID 是进程内部，识别标志。(两个进程间，线程 ID 允许相同)

• 注意：不应使用全局变量 pthread_t tid，在子线程中通过 pthread_create 传出参数来获取线程 ID，而应使用pthread_self。

pthread_create()

作用：创建一个新线程；其作用对应进程中 fork() 函数。

函数原型：int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
参数 1：传出参数，保存系统为我们分配好的线程 ID
参数 2：通常传 NULL，表示使用线程默认属性。若想使用具体属性也可以修改该参数。
参数 3：函数指针做函数参数，回调函数，指向线程主函数(线程体)，该函数运行结束，则线程结束。
参数 4：线程主函数执行期间所使用的参数。
返回值：成功：0； 失败：错误号

函数使用说明：在一个线程中调用 pthread_create()创建新的线程后，当前线程从 pthread_create()返回继续往下执行，而新的线程所执行的代码由我们传给 pthread_create 函数参数3中的函数指针 start_routine 决定，这是一个回调函数；start_routine 函数接收一个参数，是通过pthread_create 函数参数4中的 arg 参数传递给它的，该参数的类型为 void *，这个指针按什么类型解释由调用者自己定义。start_routine 的返回值类型也是 void *，这个指针的含义同样由调用者自己定义。所以回调函数在传参和return返回的时候要进行强制类型转换；start_routine 返回时，这个线程就退出了，其它线程可以调用pthread_join 得到 start_routine 的返回值，类似于父进程调用 waitpid()得到子进程的退出状态，稍后详细介绍 pthread_join。

pthread_exit()

作用：将单个线程退出；起作用对应进程中的exit()函数。

函数原型：void pthread_exit(void *retval);
参数：retval 表示线程退出状态，通常传 NULL
返回值：无返回值

结论：线程中，禁止使用 exit 函数，会导致进程内所有线程全部退出。
所以，多线程环境中，尽量不使用 exit 函数，取而代之使用 pthread_exit 函数，将单个线程退出。 另注意，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。

总结：

• return：返回到函数调用者那里；
• exit(): 将整个进程退出；
• pthread_exit()：将调用该函数的线程退出；

pthread_join()

作用：阻塞等待线程退出，获取线程退出状态 ；其作用对应进程中 waitpid() 函数。

函数原型：int pthread_join(pthread_t thread, void **retval)
参数1：待回收的线程ID
参数2：存储线程的结束退出状态
返回值：成功：0； 失败：错误号

如何理解参数2中的void **retval：

进程中：main 返回值、exit()=>int；等待子进程结束 wait 函数参数–>int *；
线程中：线程主函数返回值、pthread_exit()=>void *；等待线程结束 pthread_join 函数参数–>void **；

pthread_detach()

作用：实现线程分离
线程分离状态：指定该状态，线程主动与主控线程断开关系。线程结束后，其退出状态不由其他线程获取，而直接自己自动释放。网络、多线程服务器常用。

函数原型：int pthread_detach(pthread_t thread)
参数：待设置分离状态的线程ID
返回值：成功：0；失败：错误号

说明：

• 一般情况下，线程终止后，其终止状态一直保留到其它线程调用 pthread_join 获取它的状态为止。但是线程也可以被置为 detach 状态，这样的线程一旦终止就立刻回收它占用的所有资源，而不保留终止状态。
• 不能对一个已经处于 detach 状态的线程调用 pthread_join，这样的调用将返回 EINVAL 错误。也就是说，如果已经对一个线程调用了 pthread_detach 就不能再调用 pthread_join 了。

pthread_cancel()

作用：杀死(取消)线程；其作用，对应进程中 kill() 函数。

函数原型：int pthread_cancel(pthread_t thread)
参数：待杀死的线程ID
返回值：成功：0；失败：错误号

说明：

• 线程的取消并不是实时的，而有一定的延时。需要等待线程到达某个取消点(检查点)。类似于玩游戏存档，必须到达指定的场所(存档点)才能存储进度。杀死线程也不是立刻就能完成，必须要到达取消点。
• 取消点：是线程检查是否被取消，并按请求进行动作的一个位置。通常是一些系统调用 creat，open，pause，close，read，write… 执行命令 man 7 pthreads 可以查看具备这些取消点的系统调用列表。
• 可粗略认为一个系统调用(进入内核)即为一个取消点。如线程中没有取消点，可以通过调用 pthread_testcancel函数自行设置一个取消点。
• 被取消的线程， 退出值定义在Linux的pthread库中。常数PTHREAD_CANCELED的值是-1。可在头文件pthread.h中找到它的定义：#define PTHREAD_CANCELED ((void *) -1)。因此当我们对一个已经被取消的线程使用 pthread_join回收时，得到的返回值为-1。

总结：终止某个线程而不终止整个进程，有三种方法：

1. 从线程主函数 return。这种方法对主控线程不适用，从 main 函数 return 相当于调用 exit；退出当前整个进程。
2. 一个线程可以调用 pthread_cancel 终止同一进程中的另一个线程。
3. 线程可以调用 pthread_exit 终止自己。

线程属性设置分离线程

线程属性初始化

初始化线程属性
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr); 成功：0；失败：错误号
销毁线程属性所占用的资源
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr); 成功：0；失败：错误号

注意：应先初始化线程属性，再 pthread_create 创建线程

线程的分离状态
线程的分离状态决定一个线程以什么样的方式来终止自己。

非分离状态：线程的默认属性是非分离状态，这种情况下，原有的线程等待创建的线程结束。只有当 pthread_join()函数返回时，创建的线程才算终止，才能释放自己占用的系统资源。

分离状态：分离线程没有被其他的线程所等待，自己运行结束了，线程也就终止了，马上释放系统资源。应该根据自己的需要，选择适当的分离状态。
线程分离状态的函数：

设置线程属性，分离 or 非分离
函数原型：int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
获取程属性，分离 or 非分离
函数原型：int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
参数1： attr：已初始化的线程属性
参数2：detachstate：两个宏定义
PTHREAD_CREATE_DETACHED（分离线程）
PTHREAD _CREATE_JOINABLE（非分离线程）

函数调用错误检查

#include <string.h>
if(ret != 0)//ret函数调用返回值判断
{
	fprintf(stderr,“xxx error”,strerror(ret));
	exit(1);
}