線程概念

線程與進程

線程間的獨有與共享

多線程與多進程

線程控制

---

線程概念

什么是線程

線程是進程中的一條執行流，執行程序中的某部分代碼。linux下沒有具體實現的線程，只有庫函數用pcb來實現的線程，所以可以認為，每個pcb就是一個線程，所以進程中都至少有一個線程，這些PCB共用進程中的同一個頁表和虛擬地址空間，比傳統的進程更加輕量化，所以這些線程在linux下也被稱為輕量級進程。

PCB也就是進程控制塊，在Linux下PCB可以實現對程序的調度運行，所以可以將其作為一個執行流，來實現線程

為什么要使用線程呢？

創建一個新線程的代價要比創建一個新進程小得多

與進程之間的切換相比，線程之間的切換需要操作系統做的工作要少很多

線程占用的資源要比進程少很多

---

線程與進程

線程與進程

進程：是一個程序的動態執行，是系統資源分配的基本單位
線程：線程是進程中的一條執行流，是CPU調度的基本單位

我之前博客提到的進程其實都是單線程的進程，在linux其實每個pcb就可以理解為一個執行流，也就是一個線程

從這兩幅圖可以看出來，linux下的進程其實是一個線程組，一個進程中可以包含多個線程，每一個線程都是進程中的一條執行流（PCB），這些線程在進程的內部運行，本質也就是在進程的虛擬地址空間中運行

線程之間共用進程中的同一個虛擬地址空間，通過同一個頁表來完成映射

---

線程間的獨有與共享

既然線程都處于同一個進程中，共用同一個虛擬地址空間和頁表，那么它們之間還有哪些數據共享，哪些數據獨有呢？

獨有：

• 標識符(唯一的標識符來區分線程)
• 棧(獨有的函數棧，防止調用棧紊亂)
• 寄存器(也就是PCB中的上下文數據，程序計數器，內存指針等)
• 信號屏蔽字(因為信號會打斷進程當前操作，讓他優先處理信號，但是一個信號只需要一個執行流去執行即可，如果不想該線程被打斷，則對該信號屏蔽，讓其他線程去執行)
• errno(系統調用完畢后重置的一個全局變量，防止被其他線程覆蓋)
• 優先級(各有各的調度優先級)

共享

• 虛擬地址空間(代碼段/數據段， 線程之間數據和代碼都共享)
• 文件描述符表(io信息)
• 信號處理方式(信號是針對整個進程的，所以處理方式應該都一樣)

---

多線程與多進程

如果需要進行多任務處理，有兩種方法，一種是多線程，一種是多進程
多進程

多線程

多線程的優點：

• 線程的創建和銷毀成本低（從上面的圖可以看出來，創建多個線程只需要創建多個PCB）
• 線程間調度成本低（使用同一個頁表，調度切換時不用切換頁表）
• 線程間通信更加靈活（共用同一個虛擬地址空間，數據段共享，只需要獲取地址即可訪問數據）

多進程的優點：

• 更具有健壯性，更加穩定（因為異常，系統調用，信號等都是對整個進程生效，一旦出現進程出問題會影響所有線程）

共同優點

• IO密集型程序:多任務并行處理（單磁盤可以并行壓縮IO等待事件/多磁盤可以實現同時處理）
• CPU密集型程序:程序中進行大量的數據運算處理，CPU資源足夠，則可以同時處理，提高效率（線程數為CPU核心數+1，多出來的一個是當某一線程阻塞時頂替用的。如果創建進程過多，會增加切換調度的成本）

線程控制

前面也說過了，Linux本身是沒有線程的，只有庫函數中通過PCB來模擬的線程。在用戶態調用庫函數創建一個線程，其本質就是在內核中創建一個輕量級進程來實現程序的調度。

創建線程：

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

thread:輸出型參數，用來獲取線程ID–線程的操作句柄
attr:用于設置線程屬性，通常置NULL
start_routine:函數指針，線程的入口函數，線程會去運行這個函數，函數運行結束后，線程退出。
arg：需要傳遞給線程的入口函數的參數
頭文件：#include<pthread.h>
返回值：成功返回0，失敗返回非0

---

終止線程：

當線程執行完入口函數就會退出，但也可以通過調用對應的接口退出。

退出一個線程

void pthread_exit(void *retval);

和exit()不同，exit是退出整個進程

線程退出接口，哪個線程調用就退出哪個線程
retval:退出返回值
主線程退出，并不會導致進程退出，只有全部線程退出了進程才會退出。

終止一個線程

int pthread_cancel(pthread_t thread);

---

線程等待：

線程有一個默認的屬性，joinable，處于這個屬性的線程，退出后需要被其他線程等待獲取返回值并且釋放資源。
默認情況下，線程是必須被等待的，如果不等待，則會造成資源泄露

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval)

等待指定線程退出，獲取其返回值。
并且該函數會阻塞，線程沒有退出則一直等待。

線程分離：

將joinable的屬性修改為detach屬性

joinable:退出后需要被其他線程等待獲取返回值并且釋放資源。
detach:退出后自動釋放資源，不需要被等待

如果不想獲取返回值，也不想等待線程退出，就可以使用線程分離

int pthread_detach(pthread_t pthread)

---

線程id

pthread_t pthread_self(void)

返回調用線程的tid

在這里就要提一提tid與pid的區別，以及對于一個進程，我們看到的進程的pid到底是什么

tid:用戶態線程的id，是線程的操作句柄，其實就是線程這塊空間的首地址。
pid:輕量級進程id，這就是用來模擬線程的pcb的id
tgid:線程組id,也就是主線程id，就是我們外面看到的進程的pid

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux 多线程（一）线程概念：线程概念、线程与进程、线程间的独有与共享、多线程与多进程、线程控制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。