Linux学习——线程的创建、结束、回收、分离

本文介绍了Linux系统中线程的基本概念,包括进程与线程的区别,线程的资源共享,以及线程的创建、结束、参数传递、线程回收和线程分离。重点讨论了pthread库在创建线程、传递参数和线程回收中的作用,同时提供了代码示例说明线程的创建、结束和分离过程。

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一、线程的概念(简单了解即可)

概念对比图

进程 线程
有独立的地址空间 同一进程下的线程共享地址空间(相同)
进程间切换时,对系统消耗大 相当于轻量级进程,任务切换效率高
  • 线程共享资源如下

    • 可执行命令
    • 静态数据
    • 进程中打开的文件描述符
    • 当前工作目录
    • 用户ID
    • 用户组ID
  • 线程私有资源(非共享)如下

    • 线程ID(TID)
    • PC(程序计数器)和相关寄存器
    • 堆栈
    • 错误号(errno)
    • 优先级
    • 执行状态和属性

实际上,Linux系统不区分进程、线程,线程需要借助额外库函数实现(pthread,#include<pthread.h>),即Linux内核不提供线程,需由线程库实现。

pthread线程库可提供操作:

  • 创建线程
  • 回收线程
  • 结束线程
  • 同步和互斥机制
    • 信号量
    • 互斥锁

二、 线程的创建

涉及函数

#include<pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_atte_t *attr, void *(*routine)(void *), void* arg);

该函数成功时返回0,失败时返回错误码

参数含义

thread:线程对象;
attr:线程属性
routine:需要让线程执行的函数
arg:传递给routine的参数(格式为void*,注意传递参数的格式)

注意:

  1. 主进程一旦退出,它创建的线程也会立刻退出(无论线程是否执行完)。
  2. 线程创建需要时间,如果主进程马上退出,那线程可能无法被执行。

三、线程的结束

涉及函数

#include  <pthread.h>
void  pthread_exit(void *retval);

参数含

### Linux 线程创建回收的性能开销 在Linux环境中,线程作为轻量级进程存在,其创建和销毁操作相较于传统进程更加高效。然而,在高并发场景下,频繁创建和销毁线程仍然会产生显著的性能开销。 #### 创建线程的性能开销 当调用`pthread_create()`函数来启动一个新的线程时,内核需要执行一系列初始化工作,包括但不限于: - 分配栈空间给新线程; - 初始化线程控制块(TCB),记录线程状态和其他必要信息; - 设置上下文环境以便于调度器管理; 这些准备工作虽然相对简单快速,但在极高频率的操作中累积起来也会成为瓶颈[^1]。 对于多处理器或多核心系统而言,如果应用程序能够有效地利用硬件资源,则可以减轻部分因线程创建所带来的负担。但是需要注意的是,过度依赖增加线程数量可能会导致竞争条件加剧以及缓存失效等问题的发生[^2]。 #### 回收线程的性能开销 在线程完成任务之后,通常有两种方式处理该线程:等待它自然终止并通过`pthread_join()`收集返回值;或者将其标记为可分离(separable),让操作系统自动清理不再使用的资源。前者涉及到阻塞当前执行路径直到目标线程结束,而后者则可能造成僵尸线程(zombie thread)现象——即已经退出但尚未被父进程释放的相关结构体仍占用着少量内存区域。 无论是哪种情况,都不可避免地会消耗一定的CPU周期用于管理和协调各个活动单元之间的关系变化过程。特别是在大规模并行计算场合里,不当的设计模式很容易引发严重的效率损失甚至死锁状况出现。 ### 性能优化建议 为了降低上述提到的各种潜在负面影响,并提高整体运行效能,可以从以下几个方面入手进行针对性改进措施: - **合理规划线程池大小**: 预先设定好固定数目的一组工作者线程(workers threads),按需分配具体工作任务而不是临时新建实例对象。这样既能保证响应速度又能有效防止无谓的增长趋势。 - **采用异步I/O模型**: 对于涉及大量磁盘读写或网络通信的应用程序来说,应该尽可能多地采纳非阻塞性设计思路,使得单个线程能够在等待外部事件的同时继续从事其他有意义的工作项。 - **调整优先级策略**: 根据实际业务逻辑需求灵活配置不同类别作业的重要性级别,确保关键流程获得足够的计算能力支持而不至于受到次要因素干扰影响进度安排。 - **优化同步机制**: 尽量减少临界区(critical section)范围内的争用程度,推广使用细粒度加锁(locking at finer granularity)技术手段以提升吞吐率表现水平。 - **考虑NUMA架构特性**: 如果服务器平台具备Non-uniform Memory Access (NUMA) 特征的话,那么应当特别关注如何使各子系统的交互更为顺畅和谐,比如通过绑定特定物理位置上的CPU核心集簇去专门负责某些类型的负载请求等办法实现局部最优解方案的选择[^3]. ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> void *thread_function(void *arg){ printf("Thread is running\n"); sleep(1); pthread_exit(NULL); // Properly exit the thread to avoid zombie state. } int main(){ pthread_t tid; int ret; ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_function, NULL); if(ret != 0){ perror("Failed to create thread"); exit(EXIT_FAILURE); } void* res; ret = pthread_join(tid,&res); // Wait for the created thread and collect its result. if(ret != 0){ perror("Failed to join with thread"); exit(EXIT_FAILURE); } } ```
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