此為牛客Linux C++課程筆記。

0. 關(guān)于線程

注意：LWP號和線程id不同， LWP號是CPU分配時間片的依據(jù)，線程id是用于在進(jìn)程內(nèi)部區(qū)分線程的。

1. 線程與進(jìn)程的區(qū)別

對于進(jìn)程來說，相同的地址(同一個虛擬地址)在不同的進(jìn)程中，反復(fù)使用而不沖突。原因是他們雖虛擬址一樣，但，頁目錄、頁表、物理頁面各不相同。相同的虛擬址，映射到不同的物理頁面內(nèi)存單元，最終訪問不同的物理頁面。

但！線程不同！兩個線程具有各自獨立的PCB，但共享同一個頁目錄，也就共享同一個頁表和物理頁面。所以兩個PCB共享一個地址空間。

實際上，無論是創(chuàng)建進(jìn)程的fork，還是創(chuàng)建線程的pthread_create，底層實現(xiàn)都是調(diào)用同一個內(nèi)核函數(shù)clone。
如果復(fù)制對方的地址空間，那么就產(chǎn)出一個“進(jìn)程”；如果共享對方的地址空間，就產(chǎn)生一個“線程”。

因此：Linux內(nèi)核是不區(qū)分進(jìn)程和線程的。只在用戶層面上進(jìn)行區(qū)分。所以，線程所有操作函數(shù) pthread_* 是庫函數(shù)，而非系統(tǒng)調(diào)用。

優(yōu)點： 1. 提高程序并發(fā)性 2. 開銷小 3. 數(shù)據(jù)通信、共享數(shù)據(jù)方便
缺點： 1. 庫函數(shù)，不穩(wěn)定 2. 調(diào)試、編寫困難、gdb不支持 3. 對信號支持不好
優(yōu)點相對突出，缺點均不是硬傷。Linux下由于實現(xiàn)方法導(dǎo)致進(jìn)程、線程差別不是很大。

2. 線程相關(guān)操作函數(shù)

2.1 獲取線程id

#include <pthread.h> pthread_t pthread_self(void);

功能：獲取線程ID。其作用對應(yīng)進(jìn)程中 getpid() 函數(shù)。

2.2 創(chuàng)建線程： pthread_create

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

功能：創(chuàng)建一個子線程

參數(shù)：

• thread：傳出參數(shù)，線程創(chuàng)建成功后，子線程的線程ID被寫到該變量中。
• attr : 設(shè)置線程的屬性，一般使用默認(rèn)屬性，即NULL
• start_routine : 函數(shù)指針，這個函數(shù)是子線程需要處理的邏輯代碼
• arg : 給第三個參數(shù)（回調(diào)函數(shù)）使用，是回調(diào)函數(shù)的參數(shù)

返回值：

• 成功：0
• 失敗：返回錯誤號。這個錯誤號和之前errno不太一樣，獲取錯誤號的信息使用：

#include <string.h> char * strerror(int errnum);

創(chuàng)建線程示例代碼如下：

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <string.h> #include <unistd.h>void* callback(void* arg) {printf("its child thread, thread id is %lu\n", pthread_self());printf("arg = %d\n", *(int *)arg); }int main() {pthread_t pid;int a = 5;int ret = pthread_create(&pid, NULL, callback, &a);if(ret != 0) {// 說明創(chuàng)建失敗char * errstr = strerror(ret);printf("error: %s\n", errstr);}printf("its main thread, thread id is %lu\n", pthread_self());sleep(1);return 0; }

發(fā)現(xiàn)無法編譯

查閱文檔發(fā)現(xiàn)：

編譯時加-pthread即可，運行結(jié)果如下：

2.3 終止線程： pthread_exit

注意，不能使用exit函數(shù)終止當(dāng)前線程，exit將終止當(dāng)前進(jìn)程，進(jìn)程中的所有線程將一并終止。

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

參數(shù)：retval表示線程退出狀態(tài)，通常傳NULL

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，主控線程退出時不能return或exit。

2.4 連接已終止的線程（回收線程）：pthread_join

#include <pthread.h> int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

功能：和一個已經(jīng)終止的線程進(jìn)行連接（回收子線程的資源）

注意：這個函數(shù)是阻塞函數(shù)，調(diào)用一次只能回收一個子線程，一般在主線程中使用

參數(shù)：

• thread：需要回收的子線程的ID
• retval: 接收子線程退出時的返回值（即pthread_exit的void *retval參數(shù)）， 而且是傳出參數(shù)。

返回值：0 : 成功；非0 : 失敗，返回的錯誤號

不使用傳出參數(shù)的一個簡單使用如下：

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <string.h> #include <unistd.h>void* callback(void* arg) {printf("子線程運行中...\n");sleep(2); }int main() {pthread_t pid;int ret = pthread_create(&pid, NULL, callback, NULL);if(ret != 0) {// 說明創(chuàng)建失敗char * errstr = strerror(ret);printf("error: %s\n", errstr);}pthread_join(pid, NULL);printf("子線程已回收\n");return 0; }

子線程執(zhí)行2秒后，主進(jìn)程才輸出“子線程已回收”，說明pthread_join函數(shù)是阻塞的。

pthread_join函數(shù)比較難以理解的地方是他的第二個參數(shù)：void **retval，是void二級指針類型，這是因為：

首先這個參數(shù)是想接收pthread_exit所傳出的void *retval， 這個參數(shù)本身是void *的一級指針類型，而pthread_join函數(shù)的void **retval在設(shè)計時是設(shè)計成一個傳出參數(shù)的，以便把pthread_exit傳出的void *retval帶回主線程，所以要想把 void * 類型變量設(shè)計成傳出參數(shù)，即是 void **。

示例程序如下：

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <string.h> #include <unistd.h>int value = 10;void* callback(void* arg) {printf("子線程運行中...\n");pthread_exit((void *)&value); }int main() {pthread_t pid;int ret = pthread_create(&pid, NULL, callback, NULL);if(ret != 0) {// 說明創(chuàng)建失敗char * errstr = strerror(ret);printf("error: %s\n", errstr);}int *thread_retval; // 給pthread_join調(diào)用，接收pthread_exit的傳出參數(shù)pthread_join(pid, (void **)&thread_retval);printf("exit data : %d\n", *thread_retval);return 0; }

運行結(jié)果如下：

2.5 線程分離：pthread_detach

#include <pthread.h> int pthread_detach(pthread_t thread);

功能：使進(jìn)程處于分離狀態(tài)。被分離的線程在終止的時候，會自動釋放資源返回給系統(tǒng)，避免產(chǎn)生僵尸線程。

線程分離狀態(tài)：指定該狀態(tài)，線程主動與主控線程斷開關(guān)系。線程結(jié)束后，其退出狀態(tài)不由其他線程獲取，而直接自己自動釋放。網(wǎng)絡(luò)、多線程服務(wù)器常用。

參數(shù)：需要分離的線程的ID

返回值：成功：0，失敗：返回錯誤號

注意：

線程不能多次分離，會產(chǎn)生不可預(yù)料的行為。

不能去連接（pthread_join）一個已經(jīng)分離的線程，會報錯：一般情況下，線程終止后，其終止?fàn)顟B(tài)一直保留到其它線程調(diào)用pthread_join獲取它的狀態(tài)為止。但是線程也可以被置為detach狀態(tài)，這樣的線程一旦終止就立刻回收它占用的所有資源，而不保留終止?fàn)顟B(tài)。不能對一個已經(jīng)處于detach狀態(tài)的線程調(diào)用pthread_join，這樣的調(diào)用將返回EINVAL錯誤。也就是說，如果已經(jīng)對一個線程調(diào)用了pthread_detach就不能再調(diào)用pthread_join了。

2.6 線程取消：pthread_cancel

#include <pthread.h> int pthread_cancel(pthread_t thread);

功能：取消線程（讓線程終止）

【注意】：線程的取消并不是實時的，而有一定的延時。需要等待線程到達(dá)某個取消點(檢查點)。
類似于玩游戲存檔，必須到達(dá)指定的場所(存檔點，如：客棧、倉庫、城里等)才能存儲進(jìn)度。殺死線程也不是立刻就能完成，必須要到達(dá)取消點。
取消點：是線程檢查是否被取消，并按請求進(jìn)行動作的一個位置。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的系統(tǒng)調(diào)用列表。也可參閱 APUE.12.7 取消選項小節(jié)。
可粗略認(rèn)為一個系統(tǒng)調(diào)用(進(jìn)入內(nèi)核)即為一個取消點。如線程中沒有取消點，可以通過調(diào)用pthreestcancel函數(shù)自行設(shè)置一個取消點。

看下面這個代碼示例，子線程無限循環(huán)：

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <string.h> #include <unistd.h>void* callback(void* arg) {while(1) {printf("子線程運行中...\n");sleep(1);}return NULL; }int main() {pthread_t pid;int ret = pthread_create(&pid, NULL, callback, NULL);if(ret != 0) {char * errstr = strerror(ret);printf("error: %s\n", errstr);}pthread_cancel(pid);ret = pthread_join(pid, NULL);if(ret != 0) {char * errstr = strerror(ret);printf("error: %s\n", errstr);}printf("線程已回收\n");return 0; }

運行后成功輸出”線程已回收“， 這是因為pthread_cancel終止了子線程的運行，故pthread_join得以執(zhí)行。

但是如果將子進(jìn)程中循環(huán)語句中的內(nèi)容去掉：

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <string.h> #include <unistd.h>void* callback(void* arg) {while(1) {// printf("子線程運行中...\n");// sleep(1);}return NULL; }int main() {pthread_t pid;int ret = pthread_create(&pid, NULL, callback, NULL);if(ret != 0) {char * errstr = strerror(ret);printf("error: %s\n", errstr);}pthread_cancel(pid);ret = pthread_join(pid, NULL);if(ret != 0) {char * errstr = strerror(ret);printf("error: %s\n", errstr);}printf("線程已回收\n");return 0; }

運行以后發(fā)現(xiàn)沒有輸出，主線程阻塞。這是因為子線程的while(1)死循環(huán)中沒有任何語句，也就不會執(zhí)行任何系統(tǒng)調(diào)用，也就不會到達(dá)任何一個“取消點”，所以子線程并沒有被終止，主線程被阻塞在pthread_join處。而之前的代碼循環(huán)語句中的printf會調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用write，所以會到達(dá)“取消點”，pthread_join將已經(jīng)結(jié)束的子線程回收。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【Linux系统编程学习】Linux线程控制原语的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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