Linux之线程控制

目录

一、POSIX线程库
二、线程的创建
三、线程等待
四、线程终止
五、分离线程
六、线程ID：pthread_t
1、获取线程ID
2、pthread_t
七、线程局部存储：__thread

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一、POSIX线程库

由于Linux下的线程并没有独立特有的布局，所以Linux并没有提供线程相关的接口。
而我们所说的，pthread线程库是应用层的原生线程库。这个线程库并不是体系接口直接提供的，而是由第三方帮我们提供的。
1、与线程有关的函数构成了一个完整的系列，绝大多数函数的名字都是以“pthread_”打头的
2、要使用这些函数库，要通过引入头文<pthread.h>
3、链接这些线程函数库时要使用编译器下令的“-lpthread”选项
二、线程的创建

pthread_create：其功能就是创建线程。

1. NAME
2.        pthread_create - create a new thread
4. SYNOPSIS
5.        #include <pthread.h>
7.        int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
8.                           void *(*start_routine) (void *), void *arg);
10.        Compile and link with -pthread.

复制代码

参数分析：
thread：获取创建成功的线程ID，该参数是一个输出型参数。
attr：用于设置创建线程的属性，传入nullptr表现使用默认属性。(我们一样平常不关心，直接设为nullptr)
start_routine：该参数是一个函数指针，表现线程启动后要执行的函数。
arg：传给线程执行函数的参数。
返回值：线程创建成功返回0，失败返回错误码。返回值也可以自己设置，返回给主线程。主线程通过pthread_join获取。
   主线程：当一个程序启动时，就有一个进程被操作体系创建，与此同时一个线程也立刻运行，这个线程就叫做主线程。
  下面我们让主线程调用pthread_create函数创建一个新线程：

1. #include <iostream>
2. #include <unistd.h>
3. #include <pthread.h>
5. using namespace std;
7. void *thread_run(void *argc)
8. {
9.     cout << "new thread pid: " << getpid() << "\n"
10.          << endl;
12.     sleep(20);
13.     return nullptr;
14. }
16. int main()
17. {
18.     pthread_t tid;
19.     pthread_create(&tid, nullptr, thread_run, (void *)"thread 1");
21.     while (true)
22.     {
23.         cout << "main thread pid: " << getpid() << endl;
24.         sleep(1);
25.     }
27.     return 0;
28. }

复制代码

 

使用ps -aL下令，可以表现当前的轻量级进程。

从上图，我们看到两个线程的PID相同，分析他们属于同一个进程。但是他们的LWP值不同，分析他们是两个不同的线程。LWP就是轻量级进程的ID。
注：在Linux中，线程与内核的LWP是一一对应的，实际上操作体系调度的时间是根据LWP调度的，而不是PID，只不外我们之前接触到的都是单线程进程，其PID和LWP是相等的，所以对于单线程进程来说，调度时采用PID和LWP是一样的。
我们也可以让一个主线程创建多个新线程

1. #include <iostream>
2. #include <unistd.h>
3. #include <string>
4. #include <pthread.h>
6. using namespace std;
8. void *thread_run(void *argc)
9. {
10.     string name = (char *)argc;
11.     while (true)
12.     {
13.         cout << name << "---"
14.              << "pid: " << getpid() << "\n"
15.              << endl;
16.         sleep(1);
17.     }
18. }
20. int main()
21. {
22.     pthread_t tid[5];
23.     char name[64];
24.     for (int i = 0; i < 5; i++)
25.     {
26.         snprintf(name, sizeof(name), "%s-%d", "thread", i);
27.         pthread_create(tid + i, nullptr, thread_run, (void *)name);
28.         sleep(1);
29.     }
31.     while (true)
32.     {
33.         cout << "main thread pid: " << getpid() << endl;
34.         sleep(3);
35.     }
37.     return 0;
38. }

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由于主线程和五个新线程都属于同一个进程，所以它们的PID都是一样的。 
三、线程等待

一个线程被创建出来，那么这个线程就如同进程一样平常，也是必要被等待的。如果主线程不对新线程举行等待，那么这个新线程的资源也是不会被回收的。如果不等待会产生类似于“僵尸进程”的标题，也就会造成内存走漏。所以线程必要被等待。
pthread_join：其功能就是举行线程等待

1. NAME
2.        pthread_join - join with a terminated thread
4. SYNOPSIS
5.        #include <pthread.h>
7.        int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
9.        Compile and link with -pthread.

复制代码

参数分析：
thread：被等待线程的ID。
retval：线程退出时的退出码信息。
返回值：线程等待成功返回0，失败返回错误码。

1. #include <iostream>
2. #include <unistd.h>
3. #include <string>
4. #include <pthread.h>
6. using namespace std;
8. void *thread_run(void *argc)
9. {
10.     int count = 10;
11.     while (true)
12.     {
13.         sleep(1);
14.         if (count++ == 10)
15.             break;
16.     }
18.     cout << "new thread  done ... quit" << endl;
19.     return nullptr;
20. }
22. int main()
23. {
24.     pthread_t tid;
25.     pthread_create(&tid, nullptr, thread_run, (void *)"thread1");
26.     pthread_join(tid, nullptr);
27.     cout << "main thread wait done ... quit" << endl;
29.     return 0;
30. }

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第二个参数是用来获取新线程返回值的。主线程可以通过新线程的返回值拿到新线程的计算结果（该结果也可以保存在堆空间上）

1. include <iostream>
2. #include <unistd.h>
3. #include <string>
4. #include <pthread.h>
6. using namespace std;
8. void *thread_run(void *argc)
9. {
10.     int count = 10;
11.     while (true)
12.     {
13.         sleep(1);
14.         if (count++ == 10)
15.             break;
16.     }
18.     cout << "new thread  done ... quit" << endl;
19.     return (void *)10;
20. }
22. int main()
23. {
24.     pthread_t tid;
25.     pthread_create(&tid, nullptr, thread_run, (void *)"thread1");
26.     void *ret = nullptr;
27.     pthread_join(tid, &ret);
28.     cout << "main thread wait done ... quit"
29.          << " " << (long long)ret << endl;
31.     return 0;
32. }

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四、线程终止

return：最简朴的终止线程的方式，就是使用return返回一个返回值来终止线程。
pthread_exit：其功能就是终止一个线程。（终止线程不能使用exit，由于它是用来终止进程的）
参数，retval：设置退出结果。

1. NAME
2.        pthread_exit - terminate calling thread
4. SYNOPSIS
5.        #include <pthread.h>
7.        void pthread_exit(void *retval);
9.        Compile and link with -pthread.

复制代码

1. #include <iostream>
2. #include <unistd.h>
3. #include <string>
4. #include <pthread.h>
6. using namespace std;
8. void *thread_run(void *argc)
9. {
10.     int count = 10;
11.     while (true)
12.     {
13.         sleep(1);
14.         if (count++ == 10)
15.             break;
16.     }
18.     cout << "new thread  done ... quit" << endl;
19.     pthread_exit((void*)17);
20. }
22. int main()
23. {
24.     pthread_t tid;
25.     pthread_create(&tid, nullptr, thread_run, (void *)"thread1");
26.     void *ret = nullptr;
27.     pthread_join(tid, &ret);
28.     cout << "main thread wait done ... quit"
29.          << " " << (long long)ret << endl;
31.     return 0;
32. }

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pthread_cancel：其功能是取消一个线程。
参数，thread：线程ID。

1. NAME
2.        pthread_cancel - send a cancellation request to a thread
4. SYNOPSIS
5.        #include <pthread.h>
7.        int pthread_cancel(pthread_t thread);
9.        Compile and link with -pthread.

复制代码

1. #include <iostream>
2. #include <unistd.h>
3. #include <string>
4. #include <pthread.h>
6. using namespace std;
8. void *thread_run(void *argc)
9. {
10.     string name = (char *)argc;
11.     int count = 10;
12.     while (true)
13.     {
14.         sleep(1);
15.         if (count++ == 10)
16.             break;
17.     }
19.     cout << "new thread  done ... quit" << endl;
20. }
22. int main()
23. {
24.     pthread_t tid;
25.     pthread_create(&tid, nullptr, thread_run, (void *)"thread1");
26.     void *ret = nullptr;
27.     pthread_cancel(tid);
28.     pthread_join(tid, &ret);
29.     cout << "main thread wait done ... quit"
30.          << " " << (long long)ret << endl;
32.     return 0;
33. }

复制代码

 

线程被取消，线程等待时获取的退出码为-1。 
五、分离线程

新线程退出后，主线程必要对其举行pthread_join操作，否则无法释放资源，从而造成内存走漏。
但如果主线程不关心新线程的返回值，此时我们可以将该新线程举行分离，后续当新线程退出时就会自动释放线程资源。
一个线程如果被分离了，这个线程依旧要使用该进程的资源，依旧在该进程内运行，甚至这个线程崩溃了肯定会影响其他线程，只不外这个线程退出时不再必要主线程去join了，当这个线程退出时体系会自动回收该线程所对应的资源。
pthread_detach：其功能就是举行分离线程。一样平常是线程自己分离。

1. int pthread_detach(pthread_t thread);

复制代码

参数分析：thread：被分离线程的ID。
返回值分析：
线程分离成功返回0，失败返回错误码。

1. #include <iostream>
2. #include <unistd.h>
3. #include <string>
4. #include <pthread.h>
6. using namespace std;
8. void *thread_run(void *argc)
9. {
10.     pthread_detach(pthread_self());
11.     int count = 10;
12.     while (true)
13.     {
14.         sleep(1);
15.         if (count++ == 10)
16.             break;
17.     }
19.     cout << "new thread  done ... quit" << endl;
20.     pthread_exit((void*)17);
21. }
23. int main()
24. {
25.     pthread_t tid;
26.     pthread_create(&tid, nullptr, thread_run, (void *)"thread1");
27.     void *ret = nullptr;
28.     cout << "main thread wait done ... quit"
29.          << " " << (long long)ret << endl;
31.     return 0;
32. }

复制代码

 如果我们在线程分离了之后，任然等待，会怎么样呢？

1. #include <iostream>
2. #include <unistd.h>
3. #include <cerrno>
4. #include <cstring>
5. #include <pthread.h>
7. using namespace std;
9. void *thread_run(void *argc)
10. {
11.     pthread_detach(pthread_self());
12.     int count = 9;
13.     while (true)
14.     {
15.         sleep(1);
16.         if (count++ == 10)
17.             break;
18.     }
20.     cout << "new thread  done ... quit" << endl;
21.     pthread_exit((void *)17);
22. }
24. int main()
25. {
26.     pthread_t tid;
27.     pthread_create(&tid, nullptr, thread_run, (void *)"thread1");
28.     sleep(2);
29.     int n = pthread_join(tid, nullptr);
30.     cout << "n: " << n << "errstring: " << strerror(n) << endl;
32.     return 0;
33. }

复制代码

六、线程ID：pthread_t

pthread_create函数会产生一个线程ID，存放在第一个参数指向的地址中，该线程ID和内核中的LWP是完全不一样的。内核中的LWP属于进程调度的范畴，必要一个数值来唯一表现该线程。
那么pthread_t到底是什么类型呢？
1、获取线程ID

pthread_self：获取线程的ID。

1. #include <iostream>
2. #include <unistd.h>
3. #include <cerrno>
4. #include <cstring>
5. #include <pthread.h>
7. using namespace std;
9. void *thread_run(void *argc)
10. {
11.     int count = 9;
12.     while (true)
13.     {
14.         sleep(1);
15.         if (count++ == 10)
16.             break;
17.     }
19.     cout << "new thread  done ... quit"
20.          << "new thread ID: " << pthread_self() << endl;
21.     pthread_exit((void *)17);
22. }
24. int main()
25. {
26.     pthread_t tid;
27.     pthread_create(&tid, nullptr, thread_run, (void *)"thread1");
28.     void *ret = nullptr;
29.     sleep(2);
30.     cout << "main thread ID: " << pthread_self() << endl;
31.     pthread_join(tid, &ret);
33.     return 0;
34. }

复制代码

为什么线程的ID数值这么大呢？下面我们就来讲一讲。 
2、pthread_t

进程运行时线程动态库被加载到内存，然后通过页表映射到进程地址空间中的共享区，此时该进程内的全部线程都是能看到这个动态库的。

其中主线程采用的栈是进程地址空间中原生的栈，而其余线程采用的栈就是由线程库帮我们在共享区中开辟的。
线程库给每个新线程提供属于自己的struct pthread，当中包含了对应线程的各种属性；每个线程还有自己的线程局部存储，当中包含了对应线程被切换时的上下文数据。其中，还有线程栈。如下图：

所以，线程ID本质就是进程地址空间共享区上对应的struct pthread的虚拟地址。 
七、线程局部存储：__thread

假设有一个全局变量：g_val。我们知道，各个线程是共享全局变量的。不同的线程可以对同一个全局变量举行操作。那么如果我们想让每个线程都拥有属于自己的g_val，那么我们可以加上关键字：__thread。这种现象就叫做线程局部存储。

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