Linux系统编程-线程

进程与线程

典型的UNIX/Linux进程可以看成只有一个控制线程：一个进程在同一时刻只做一件事情。

有了多个控制线程后，在程序设计时可以把进程设计成在同一时刻做不止一件事，每个线程各自处理独立的任务。

进程是程序执行时的一个实例，是担当分配系统资源（CPU时间、内存等）的基本单位。

在面向线程设计的系统中，进程本身不是基本运行单位，而是线程的容器。
程序本身只是指令、数据及其组织形式的描述，进程才是程序（那些指令和数据）的真正运行实例。

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。

一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。
程包含了表示进程内执行环境必须的信息，其中包括进程中表示线程的线程ID、一组寄存器值、栈、调度优先级
和策略、信号屏蔽字、errno常量以及线程私有数据。进程的所有信息对该进程的所有线程都是共享的,包括可执
行的程序文本、程序的全局内存和堆内存、栈以及文件描述符。在Unix和类Unix操作系统中线程也称为轻量级进程（lightweight processes），但轻量级进程更多指的是内核线程（kernel thread），而把用户线程（user thread）称为线程。

"进程——资源分配的最小单位，线程——程序执行的最小单位"

进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，

而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程没有单独的地址空间，
一个线程死掉就等于整个进程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，
耗费资源较大，效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，
不能用进程。

使用线程的理由
总的来说就是：进程有独立的地址空间，线程没有单独的地址空间（同一进程内的线程共享进程的地址空间）。

使用多线程的理由之一是和进程相比，它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。我们知道，在Linux系统下，

启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段，
这是一种"昂贵"的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程，它们彼此之间使用相同的地址空间，
共享大部分数据，启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所
需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。据统计，总的说来，一个进程的开销大约是一个线程开销的30倍
左右，当然，在具体的系统上，这个数据可能会有较大的区别。

使用多线程的理由之二是线程间方便的通信机制。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据

的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。线程则不然，由于同一进程下的线程之间
共享数据空间，所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用，这不仅快捷，而且方便。当然，数据的共享也带
来其他一些问题，有的变量不能同时被两个线程所修改，有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程
程序带来灾难性的打击，这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。

多线程开发在 Linux 平台上已经有成熟的 pthread 库支持。其涉及的多线程开发的最基本概念

主要包含三点：线程，互斥锁，条件。其中，线程操作又分线程的创建，退出，等待 3 种。
互斥锁则包括 4 种操作，分别是创建，销毁，加锁和解锁。
条件操作有 5 种操作：创建，销毁，触发，广播和等待。
其他的一些线程扩展概念，如信号灯等，都可以通过上面的三个基本元素的基本操作封装出来。

线程PID

1. 线程创建

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg);
// 返回：若成功返回0，否则返回错误编号
　　当pthread_create成功返回时，由tidp指向的内存单元被设置为新创建线程的线程ID。attr参数用于定制各种不同的线程属性，暂可以把它设置为NULL，以创建默认属性的线程。

新创建的线程从start_rtn函数的地址开始运行，该函数只有一个无类型指针参数arg。如果需要向start_rtn函数传递的参数不止一个，那么需要把这些参数放到一个结构中，然后把这个结构的地址作为arg参数传入。

2. 线程退出

单个线程可以通过以下三种方式退出，在不终止整个进程的情况下停止它的控制流：

1）线程只是从启动例程中返回，返回值是线程的退出码。

2）线程可以被同一进程中的其他线程取消。

3）线程调用pthread_exit：

#include <pthread.h>

rval_ptr是一个无类型指针，与传给启动例程的单个参数类似。进程中的其他线程可以通过调用pthread_join函数访问到这个指针。

3. 线程等待

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **rval_ptr);
// 返回：若成功返回0，否则返回错误编号
　　调用这个函数的线程将一直阻塞，直到指定的线程调用pthread_exit、从启动例程中返回或者被取消。如果例程只是从它的启动例程返回i，rval_ptr将包含返回码。如果线程被取消，由rval_ptr指定的内存单元就置为PTHREAD_CANCELED。

可以通过调用pthread_join自动把线程置于分离状态，这样资源就可以恢复。如果线程已经处于分离状态，pthread_join调用就会失败，返回EINVAL。

如果对线程的返回值不感兴趣，可以把rval_ptr置为NULL。在这种情况下，调用pthread_join函数将等待指定的线程终止，但并不获得线程的终止状态。

4. 线程脱离

一个线程或者是可汇合（joinable，默认值），或者是脱离的（detached）。当一个可汇合的线程终止时，它的线程ID和退出状态将留存到另一个线程对它调用pthread_join。脱离的线程却像守护进程，当它们终止时，所有相关的资源都被释放，我们不能等待它们终止。如果一个线程需要知道另一线程什么时候终止，那就最好保持第二个线程的可汇合状态。

pthread_detach函数把指定的线程转变为脱离状态。

#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);
// 返回：若成功返回0，否则返回错误编号
　　本函数通常由想让自己脱离的线程使用，就如以下语句：

pthread_detach(pthread_self());

5. 线程ID获取及比较

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);
// 返回：调用线程的ID
　　对于线程ID比较，为了可移植操作，我们不能简单地把线程ID当作整数来处理，因为不同系统对线程ID的定义可能不一样。我们应该要用下边的函数：

#include <pthread.h>
int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2);
// 返回：若相等则返回非0值，否则返回0

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void *func1(void *arg)
{
	static int ret = 10;
	printf("t1:%ld thread is creat",(unsigned long)pthread_self());
	printf("t1:param is %d\n",*((int *)arg));

	//int pthread_exit(void *rval_ptr);
	pthread_exit((int *)&ret);
}

void *func2(void *arg)
{
	static int ret = 20;
	printf("t2:%ld thread is creat",(unsigned long)pthread_self());
	printf("t2:param is %d\n",*((int *)arg));

	//int pthread_exit(void *rval_ptr);
	pthread_exit((void *)&ret);
}

int main()
{
	int ret;
	int param = 200;
	pthread_t t1;
	pthread_t t2;

	//int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg);
	ret = pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)&param);
	if(ret == 0){
		printf("main:creat t1 success,self:%ld\n",(unsigned long)pthread_self());
	}

	ret = pthread_create(&t2,NULL,func2,(void *)&param);
	if(ret == 0){
		printf("main:creat t2 success,self:%ld\n",(unsigned long)pthread_self());
	}

	while(1);


	return 0;
}