多线程编程（一）——线程的创建、等待、分离、结合与终止

什么是线程？

在Linux kernel中是不存在线程的，或者说没有真正意义上的线程，Linux下的线程都是用进程来模拟的，线程的实现就是多个共享数据信息的进程，我们称之为“轻量级进程”。

多线程的引入

多线程是指操作系统在单个进程内支持多个并发执行路径的能力，线程属于进程的的多个执行流。linux多线程设计包括多任务程序的设计，并发程序设计，网络程序设计，数据共享等。

Linux系统下的多线程遵循POSIX线程接口，称为POSIX thread 或者 pthread。在linux下线程函数位于libpthread共享库中，需要加上头文件pthread.h，连接时需要使用-lpthread。

Linux下pthread的实现是通过系统调用clone ( ) 来实现的，clone是linux所特有的系统调用，它的使用方式类似于fork。

线程的共享与私有

由于同一个进程的多个线程共享同一地址空间，因此Text Segment、Data Segment 都是共享的，如果定义一个函数，在各线程中都可以调用，如果定义一个全局变量，在各线程中都可以访问，除此之外，各线程共享以下进程资源和环境：

（1）文件描述符（fd）

（2）每种信号的处理方式（SIG_IGT、SIG_DEL或者自定义的信号函数）

（3）当前的工作目录

（4）用户id和组id

但是，有一些资源是各个线程私有一份的：

（1）线程id

（2）上下文，包括各种寄存器的值、程序计数器和栈指针

（3）栈空间

（4）errno变量

（5）信号屏蔽字

（6）调度优先级

线程由内核自动调度，并且内核通过一个整数ID来识别线程。同基于I/O多路复用一样，多个线程运行在单一进程的上下文中，因此共享这个进程虚拟地址空间的整个内容，包括代码、数据、堆、共享库和打开的文件。

线程执行模型

多线程的执行模型在某些方面和多进程是相似的，如下图所示：

每个进程开始生命周期都是单一线程，整个线程称之为主线程（main thread）。在某一时刻，主线程创建一个对等线程（peer thread），从这个时间点开始，两个线程就并发地执行。最后，因为主线程执行一个慢速系统调用（read 或 sleep）等，控制就会通过上下文切换传递到对等线程，对等线程会执行一段时间，然后传递回主线程。