目錄

• 線程概要
  • Linux內(nèi)核線程實(shí)現(xiàn)原理
  • 線程的共享/不共享資源
  • 線程優(yōu)缺點(diǎn)
• 線程控制原語(yǔ)
  • pthread_self
  • pthread_create
  • pthread_exit
  • pthread_join
  • pthread_cancel
  • 終止線程方式
  • 控制原語(yǔ)對(duì)比

前情提要： Linux用戶級(jí)線程和內(nèi)核級(jí)線程區(qū)別

線程概要

Linux內(nèi)核線程實(shí)現(xiàn)原理

類Unix系統(tǒng)中，早期是沒(méi)有“線程”概念的，80年代才引入，借助進(jìn)程機(jī)制實(shí)現(xiàn)出了線程的概念。因此在這類系統(tǒng)中，進(jìn)程和線程關(guān)系密切。

輕量級(jí)進(jìn)程(light-weight process)，也有PCB，創(chuàng)建線程使用的底層函數(shù)和進(jìn)程一樣，都是clone

從內(nèi)核里看進(jìn)程和線程是一樣的，都有各自不同的PCB，但是PCB中指向內(nèi)存資源的三級(jí)頁(yè)表是相同的

進(jìn)程可以蛻變成線程

線程可看做寄存器和棧的集合

在linux下，線程最是小的執(zhí)行單位；進(jìn)程是最小的分配資源單位

查看線程命令：ps -elf|grep thread

三級(jí)映射：進(jìn)程PCB --> 頁(yè)目錄(可看成數(shù)組，首地址位于PCB中) --> 頁(yè)表 --> 物理頁(yè)面 --> 內(nèi)存單元

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線程的共享/不共享資源

線程共享資源線程不共享資源

文件描述符表	線程id
每種信號(hào)的處理方式	處理器現(xiàn)場(chǎng)和棧指針（內(nèi)核棧）
當(dāng)前工作目錄	獨(dú)立的棧空間（用戶空間棧）
用戶ID和組ID	errno變量
內(nèi)存地址空間(.text/.data/.bss/heap/共享庫(kù))	信號(hào)屏蔽字
	調(diào)度優(yōu)先級(jí)

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線程優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)： 1. 提高程序并發(fā)性 2. 開(kāi)銷(xiāo)小 3. 數(shù)據(jù)通信、共享數(shù)據(jù)方便

缺點(diǎn)： 1. 庫(kù)函數(shù)，不穩(wěn)定 2. 調(diào)試、編寫(xiě)困難、gdb不支持 3. 對(duì)信號(hào)支持不好

線程控制原語(yǔ)

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pthread_self

獲取線程ID。其作用對(duì)應(yīng)進(jìn)程中 getpid() 函數(shù)。

? pthread_t pthread_self(void); 返回值：成功：0； 失敗：無(wú)！

? 線程ID：pthread_t類型，本質(zhì)：在Linux下為無(wú)符號(hào)整數(shù)(%lu)，其他系統(tǒng)中可能是結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)

? 線程ID是進(jìn)程內(nèi)部，識(shí)別標(biāo)志。(兩個(gè)進(jìn)程間，線程ID允許相同)

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pthread_create

創(chuàng)建一個(gè)新線程。 其作用，對(duì)應(yīng)進(jìn)程中fork() 函數(shù)。

? int pthread_create(pthread_t thread, const pthread_attr_t attr, void (start_routine) (void ), void arg);

? 返回值：成功：0； 失敗：錯(cuò)誤號(hào) -----Linux環(huán)境下，所有線程特點(diǎn)，失敗均直接返回錯(cuò)誤號(hào)。

參數(shù)：

? pthread_t：當(dāng)前Linux中可理解為：typedef unsigned long int pthread_t;

參數(shù)1：傳出參數(shù)，保存系統(tǒng)為我們分配好的線程ID

? 參數(shù)2：通常傳NULL，表示使用線程默認(rèn)屬性。若想使用具體屬性也可以修改該參數(shù)。

? 參數(shù)3：函數(shù)指針，指向線程主函數(shù)(線程體)，該函數(shù)運(yùn)行結(jié)束，則線程結(jié)束。

? 參數(shù)4：線程主函數(shù)執(zhí)行期間所使用的參數(shù)。

練習(xí)：創(chuàng)建一個(gè)新線程，打印線程ID。注意：鏈接線程庫(kù) -lpthread

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h>void *tfn(void *arg) {printf("I'm thread, Thread_ID = %lu\n", pthread_self());return NULL; }int main(void) {pthread_t tid;pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);sleep(1);printf("I am main, my pid = %d\n", getpid());return 0; }

線程默認(rèn)共享數(shù)據(jù)段、代碼段等地址空間，常用的是全局變量，或者傳參形式。而進(jìn)程不共享全局變量，只能借助mmap。

全局變量：

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h>int var = 100;void *tfn(void *arg) {var = 200;printf("thread\n");return NULL; }int main(void) {printf("At first var = %d\n", var);pthread_t tid;pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);sleep(1);printf("after pthread_create, var = %d\n", var);return 0; }

傳參：

#include <func.h>void *tfn(void *arg){int* var = (int*)arg;*var = 200;printf("thread\n");return NULL; }int main() {int var = 100;printf("At first var = %d\n", var);pthread_t tid;pthread_create(&tid, NULL, tfn, &var);sleep(1);printf("after pthread_create, var = %d\n", var);return 0; }

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pthread_exit

作用：將單個(gè)線程退出

? void pthread_exit(void *retval); 參數(shù)：retval表示線程退出狀態(tài)，通常傳NULL

線程中，**禁止使用exit函數(shù)，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程內(nèi)所有線程全部退出**。所以，多線程環(huán)境中，應(yīng)盡量少用，或者不使用exit函數(shù)，取而代之使用pthread_exit函數(shù)，將單個(gè)線程退出。任何線程里exit導(dǎo)致進(jìn)程退出，其他線程未工作結(jié)束，主控線程退出時(shí)不能return或exit。

另注意，pthread_exit或者return返回的指針?biāo)赶虻膬?nèi)存單元必須是全局的或者是用malloc分配的，不能在線程函數(shù)的棧上分配，因?yàn)楫?dāng)其它線程得到這個(gè)返回指針時(shí)線程函數(shù)已經(jīng)退出了。

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pthread_join

阻塞等待線程退出，獲取線程退出狀態(tài) 其作用，對(duì)應(yīng)進(jìn)程中 waitpid() 函數(shù)。

? int pthread_join(pthread_t thread, void **retval); 成功：0；失敗：錯(cuò)誤號(hào)

? 參數(shù)：thread：線程ID （【注意】：不是指針）；retval：存儲(chǔ)線程結(jié)束狀態(tài)。

? 對(duì)比記憶：

? 進(jìn)程中：main返回值、exit參數(shù)-->int；等待子進(jìn)程結(jié)束 wait 函數(shù)參數(shù)-->int *

? 線程中：線程主函數(shù)返回值、pthread_exit-->void *；等待線程結(jié)束 pthread_join 函數(shù)參數(shù)-->void **

調(diào)用該函數(shù)的線程將掛起等待，直到id為thread的線程終止。thread線程以不同的方法終止，通過(guò)pthread_join得到的終止?fàn)顟B(tài)是不同的，總結(jié)如下：

如果thread線程通過(guò)return返回，retval所指向的單元里存放的是thread線程函數(shù)的返回值。

如果thread線程被別的線程調(diào)用pthread_cancel異常終止掉，retval所指向的單元里存放的是常數(shù)PTHREAD_CANCELED。

如果thread線程是自己調(diào)用pthread_exit終止的，retval所指向的單元存放的是傳給pthread_exit的參數(shù)。

如果對(duì)thread線程的終止?fàn)顟B(tài)不感興趣，可以傳NULL給retval參數(shù)。

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> #include <stdlib.h>typedef struct {int a;int b; } exit_t;void *tfn(void *arg) {exit_t *ret;ret = malloc(sizeof(exit_t)); ret->a = 100;ret->b = 300;pthread_exit((void *)ret); }int main(void) {pthread_t tid;exit_t *retval;pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);/*調(diào)用pthread_join可以獲取線程的退出狀態(tài)*/pthread_join(tid, (void **)&retval); //wait(&status);printf("a = %d, b = %d \n", retval->a, retval->b);return 0; }

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pthread_cancel

殺死(取消)線程 其作用，對(duì)應(yīng)進(jìn)程中 kill() 函數(shù)。

? int pthread_cancel(pthread_t thread); 成功：0；失敗：錯(cuò)誤號(hào)

? 【注意】：線程的取消并不是實(shí)時(shí)的，而有一定的延時(shí)。需要等待線程到達(dá)某個(gè)取消點(diǎn)(檢查點(diǎn))。

? 類似于玩游戲存檔，必須到達(dá)指定的場(chǎng)所(存檔點(diǎn)，如：客棧、倉(cāng)庫(kù)、城里等)才能存儲(chǔ)進(jìn)度。殺死線程也不是立刻就能完成，必須要到達(dá)取消點(diǎn)。

? 取消點(diǎn)：是線程檢查是否被取消，并按請(qǐng)求進(jìn)行動(dòng)作的一個(gè)位置。通常是一些系統(tǒng)調(diào)用creat，open，pause，close，read，write..... 執(zhí)行命令man 7 pthreads可以查看具備這些取消點(diǎn)的系統(tǒng)調(diào)用列表。也可參閱 APUE.12.7 取消選項(xiàng)小節(jié)。

可粗略認(rèn)為一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用(進(jìn)入內(nèi)核)即為一個(gè)取消點(diǎn)。如線程中沒(méi)有取消點(diǎn)，可以通過(guò)調(diào)用pthreestcancel函數(shù)自行設(shè)置一個(gè)取消點(diǎn)。

被取消的線程， 退出值定義在Linux的pthread庫(kù)中。常數(shù)PTHREAD_CANCELED的值是-1。可在頭文件pthread.h中找到它的定義：#define PTHREAD_CANCELED ((void *) -1)。因此當(dāng)我們對(duì)一個(gè)已經(jīng)被取消的線程使用pthread_join回收時(shí)，得到的返回值為-1。

終止線程的三種方法。注意“取消點(diǎn)”的概念。

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> #include <stdlib.h>void *tfn1(void *arg) {printf("thread 1 returning\n");return (void *)111; }void *tfn2(void *arg) {printf("thread 2 exiting\n");pthread_exit((void *)222); }void *tfn3(void *arg) {while (1) {//printf("thread 3: I'm going to die in 3 seconds ...\n");//sleep(1);pthread_testcancel(); //自己添加取消點(diǎn)*/}return (void *)666; }int main(void) {pthread_t tid;void *tret = NULL;pthread_create(&tid, NULL, tfn1, NULL);pthread_join(tid, &tret);printf("thread 1 exit code = %d\n\n", (int)tret);pthread_create(&tid, NULL, tfn2, NULL);pthread_join(tid, &tret);printf("thread 2 exit code = %d\n\n", (int)tret);pthread_create(&tid, NULL, tfn3, NULL);sleep(3);pthread_cancel(tid);pthread_join(tid, &tret);printf("thread 3 exit code = %d\n", (int)tret);return 0; }

終止線程方式

總結(jié)：終止某個(gè)線程而不終止整個(gè)進(jìn)程，有三種方法：

從線程主函數(shù)return。這種方法對(duì)主控線程不適用，從main函數(shù)return相當(dāng)于調(diào)用exit。

一個(gè)線程可以調(diào)用pthread_cancel終止同一進(jìn)程中的另一個(gè)線程。

線程可以調(diào)用pthread_exit終止自己。

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控制原語(yǔ)對(duì)比

? 進(jìn)程 線程

? fork pthread_create

? exit pthread_exit

? wait pthread_join

? kill pthread_cancel

? getpid pthread_self 命名空間

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/Mered1th/p/10801287.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux系统编程——线程（1）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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