Linux系统编程之--多线程

一.线程概述

线程是允许应用程序并法执行多个任务的一种机制,提高操作系统的运行效率.

线程是轻量级的进程(LWP),在Linux环境下线程的本质仍是进程

查看指定进程的LWP号:ps -LF pid

二.进程与线程的区别(重点)

一个进程可以包含多个线程,同一个程序中的所有线程均会独立执行相同的程序,且共同享用统一份全局内存区域(初始化数据段,未初始化数据段..)

进程是cpu分配资源的最小单位,线程是操作系统调度执行的最小单位

进程间的信息难以共享。由于除去只读代码段外，父子进程并未共享内存，
因此必须采用一些进程间通信方式，在进程间进行信息交换。

调用 fork()来创建进程的代价相对较高，即便利用写时复制技术，仍热需要复制诸如内存页表和文件描述符表之类的多种进程属性，这意味着fork()调用在时间上的开销依然不菲。

线程之间能够方便、快速地共享信息。只需将数据复制到共享(全局或堆)变量中即可

创建线程比创建进程通常要快10倍甚至更多。线程间是共享虚拟地址空间的，无需采用写时复制来复制内存，也无需复制页表

三.线程的共享资源与非共享资源

共享资源

进程 ID 和父进程 ID
进程组 D 和会话 ID
用户 ID和用户组 ID
文件描述符表
信号处置
文件系统的相关信息:文件权限掩码(umask),当前工作目录
虚拟地址空间(除栈、代码段)

非共享资源

线程 ID
信号掩码
线程特有数据
error
实时调度策略和优先级
栈，本地变量和函数的调用链接信息

四.线程的常用系统调用和实例

1.pthread_create

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
/*
一般情况下main函数所在线程叫做主线程,其余创建的称之为子线程程序中默认只有一个进程，fork()调用后，会有两个进程
程序中默认只有一个线程，pthread_create()调用后，会有两个线程int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr t *attr,void *(*start_routine)(void *)，void *arg);-功能: 创建一个线程-参数:-thread :传出参数，线程创建成功后，子线程的线程id被写入到这个变量中-attr: 设置线程的属性，一般使用默认值， NULL-start_routine : 函数指针,这个函数是子线程需要处理的逻辑代码-arg : 给第三个参数使用，主要是传参-返回值-成功:返回0-失败:返回一个错误号,这个错误号和之前的errno不一样,不能通过perror()输出获取错误号信息: char * strerror(int errnum)
*/
void *pthread_callback(void *arg)
{printf("child1 thread...,获取到的num=%d\n",*(int *)arg);return NULL;
}
int main()
{//我需要创建一个子线程pthread_t tid;int num = 10;int ret = pthread_create(&tid,NULL,pthread_callback,(void *)&num);if(ret != 0){char *error_set = strerror(ret);printf("error : %s\n",error_set);}for(int i = 0; i < 5; i++){printf("%d\n",i);}sleep(1);return 0; //exit(0);
}

2.pthread_exit

/*
void pthread_exit(void *retval);-功能:  终止一个线程，在哪个线程中调用就说明终止哪个线程参数:retval:需要传递一个指针，作为一个返回值，可以在pthread_join()中获取到pthread_t pthread_self(void);-功能 : 获取当前线程的id
int pthread_equal(pthreadt tl,pthread t t2);-功能：比较两个线程id是否相等不同的操作系统：pthread_t 类型的实现不一样，有的是无符号长整型有的是使用结构体去实现
*/#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>void * thread_callback(void *arg)
{printf("子线程id=%ld; 收到数据:%s\n",pthread_self(),(char *)arg);return NULL; //pthread_exit(NULL);
}
int main()
{pthread_t tid;char * s = "我叫hello world";int ret = pthread_create(&tid,NULL,thread_callback,(void *)s);if(ret != 0){printf("pthread_create error:%s\n",strerror(ret));}for(int i = 0; i < 5; i++){printf("%d\n",i);}printf("子线程id:%ld;   主线程的id:%ld\n",tid,pthread_self());//让主线程退出,当主线程退出时不会影响其他运行中的线程pthread_exit(NULL);return 0;
}

3.pthread_join

/*
#include <pthread.h>int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);-功能:和一个已经终止的线程进行连接（一般是主线程回收其他线程数据）回收子线程的资源这个函数是阻塞函数，若是没有子线程去回收，那么会一直阻塞在这里一般在主线程中使用-参数:thread:需要回收的子线程的idretval:二级指针，接受子线程退出时的返回值-成功：返回0-错误：返回错误号
*/#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int value = 10;
void *pthread_callback(void *arg)
{printf("子线程:%ld,收到数据:%s\n",pthread_self(),(char *)arg);sleep(3);pthread_exit((void *)&value); //return (void *)&value
}
int main()
{pthread_t tid;char *s = "hello world";int ret = pthread_create(&tid,NULL,pthread_callback,s);if(ret != 0){strerror(ret);return -1;}printf("子线程:%ld,主线程:%ld\n",tid,pthread_self());//主线程调用pthread_join回收子线程的资源int * pthread_retval;ret = pthread_join(tid,(void **)&pthread_retval); //不需要获取子线程退出的返回值,需要阻塞等待子线程结束if(ret != 0){strerror(ret);return -1;}printf("exit data : %d\n",*pthread_retval);printf("回收子线程资源成功\n");pthread_exit(NULL);return 0;
}

4.pthread_detach

/*
#include <pthread.h>int pthread_detach(pthread_t thread);-功能：分离一个线程，被分离的线程在终止的时候，会自动释放资源返回给系统1.不能多次分离，会产生不可预料的行为2.不能去连接一个已经分离的线程，会报错-参数：需要分离的线程的id-返回值：成功：0失败：返回错误号
*/#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>void *thread_cal(void *arg)
{printf("子线程id=%ld.收到数据%s:\n",pthread_self(),(char *)arg);return NULL;
}
int main()
{pthread_t tid;int ret = pthread_create(&tid,NULL,thread_cal,NULL);if(ret  != 0){char *error_s = strerror(ret);printf("pthread_create error:%s\n",error_s);}printf("主线程id:%ld,子线程id:%ld\n",pthread_self(), tid);//设置子线程分离pthread_detach(tid); //对子线程进行分离，现在子线程分离后，其结束时资源不需要主线程释放//对分离后的子线程进行连接会报错ret = pthread_join(tid,NULL);if(ret  != 0){char *error_s = strerror(ret);printf("pthread_create error:%s\n",error_s);}pthread_exit(NULL);//主线程退出return 0;
}

5.pthread_cancel

/*
#include <pthread.h>int pthread_cancel(pthread_t thread);-功能：发送一个取消的请求给我们的线程，让线程终止,并不是说调用这个函数后，线程会立刻终止取消某个线程，终止某个线程的运行，但不是立马终止而是当子线程执行到一个取消点，线程才会终止取消点：系统规定的一些系统调用，我们可以粗略的理解为从用户区到内核这个位置称之为取消点
*/#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>void *tid_callback(void *arg)
{printf("子线程启动成功,子线程tid:%ld\n",pthread_self());for(int i = 0; i < 100; i++){printf("child %d\n",i);}return NULL;
}int main()
{pthread_t tid;int ret = pthread_create(&tid,NULL,tid_callback,NULL);if(ret != 0){char *errormessage = strerror(ret);printf("pthread_create error: %s\n",errormessage);}//取消线程ret = pthread_cancel(tid);if(ret != 0){char *errormessage = strerror(ret);printf("pthread_cancel error: %s\n",errormessage);}for(int i = 0; i < 5; i++){printf("%d\n",i);}printf("主线程tid:%ld, 子线程tid:%ld\n",pthread_self(),tid);pthread_exit(NULL);return 0;
}