【Linux】线程的概念

前言：
本节我们将进入Linux系统编程中多线程的学习，相识线程概念，理解线程与历程区别与接洽…

  
1.线程概念

在之前的Linux学习中，学习了历程的相关概念，操作系统内核中的task_struct描述历程，CPU在运行时，会根据时间片轮询调治历程，让每个历程得以推进。

• 每个历程的PCB结构都可以看待一整个历程地址空间，以前学的历程是一个PCB对应一个历程地址空间。
  
• 线程可以理解为轻量级历程，每一个历程都可以创建多个限制，并实行不同的代码。
  

• 线程在历程内部实行，是OS调治的根本单位。。（在历程的地址空间内运行）
  

线程的区别点
1.不再分配独立的地址空间。
2.不再分配独立的页表，而是所有PCB指向同一地址空间，以致未来访问同一张页表。
3.CPU看待历程和线程是一样的，调治的时候，都是以task_struct为单位来调治的。
1.1 Linux系统和Windows系统上线程实现的区别：

Windows系统中：

• 是真线程的操作系统， 分Pcb (Process Control Block) 和tcb (Thread Control Block)
  
• 在真正的线程操作系统中，TCB (Thread Control Block)和PCB(Process Control Block)是分开实现的。
  

Linux系统中：

• 是用历程模拟的Pcb来模拟的，linux系统中计划了单独的线程lib库（Pthread) ，来进行线程的操作
  
• Linux没有提供，纯创建线程的系统调用接口。由于底层没有用真线程，用的是Lib库来模拟操作的。
  
• 历程和线程在概念上没有区分，用的都是task_struct。
  

为什么线程切换本钱比较低？
（1）虚拟地址空间不需要切换 （2）页表不需要切换
1.2 线程的优缺点：

•    线程的优点
  
• 创建一个新线程的代价 要比创建一个新历程小的多。
  
• 与历程的切换相比，**线程之间的切换需要操作系统做的工作要少的多。
  
• 线程占用的资源要比历程少很多
  
• 能充分利用多处理器的可并行数量
  
• 在等候慢速I/O操作竣事的同时，步伐可实行其他的计算使命
  
• 计算密集型应用，为了能在多处理器系统上运行，将计算分解到多个线程中实现
  
• I/O密集型应用，为了进步性能，将I/O操作重叠。线程可以同时等候不同的I/O操作
  
•    线程的缺点
  

• 性能损失。
  假如计算密集型线程的数量比可用的处理器多，那么大概会有较大的性能损失，这里的性能损失指的是增加了额外的
  同步和调治开销，而可用的资源稳定。
  2. 健壮性降低
  编写多线程需要更全面更深入的考虑，在一个多线程步伐里，因时间分配上的细微偏差或者因共享了
  不该共享的变量而造成不良影响的大概性是很大的，换句话说线程之间是缺乏保护的
  3. 缺乏访问控制
  假如多线程都去调用某些OS函数，会对整个历程造成影响。
  4.编程难度进步
  编写与调试一个多线程步伐比单线程步伐困难得多
  

1.3 线程异常：

• 单个线程假如出现除零，野指针问题导致线程瓦解，历程也会随着瓦解
  
• 线程是历程的实行分支，线程出异常，就类似历程出异常，进而触发信号机制，停止历程，历程停止，该
  历程内的所有线程也就随即退出
  

线程用途

• 合理的利用多线程，能进步CPU密集型步伐的实行服从
  
• 合理的利用多线程，能进步IO密集型步伐的用户体验（如生活中我们一边写代码一边下载开辟工具，就是 多线程运行的一种表现）
  

1.4 Linux历程与线程的区别：

• 历程是资源分配的根本单位
  
• 线程是调治的根本单位
  
• 线程共享历程数据，但也拥有自己的一部门数据（独享的）:
  

   

• 线程ID
  
• 一组寄存器
  
• 栈
  
• errno
  
• 信号屏蔽字
  
• 调治优先级
  

  线程共享历程的地址空间，因此文本段、数据段都是共享的。
假如定义一个函数，在各线程中都可以调用。。
假如定义一个全局变量，在各线程都可以访问到。。
   文件描述符表
每种信号的处理方式(SIG_ IGN、SIG_ DFL或者自定义的信号处理函数)
当前工作目录
用户id和组id

  2. 线程的函数

POSIX线程库

• 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
  
• 利用时，要通过引入头文<pthread.h>
  
• 链接时，这些线程函数库时要利用编译器命令的“-lpthread”选项
  

2.1 线程的创建

Linux中没有原生创建线程的接口，应用级步伐员帮我们开辟出了一批接口， 叫做pthread_create。叫做原生线程库

1. int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *
2. (*start_routine)(void*), void *arg);
3. 参数
4. thread:返回线程ID
5. attr:设置线程的属性，attr为NULL表示使用默认属性
6. start_routine:是个函数地址，线程启动后要执行的函数
7. arg:传给线程启动函数的参数，它是一个void类型的指针，可以传递任意类型的数据给线程函数。。。
8. 返回值：成功返回0；失败返回错误码

复制代码

留意：

• 在现在所有主流的Linux版本中，都默认带这个库，是原生的，在操作系统中就存在的。
  
• 不是所谓的系统调用接口，是库函数。
  
• 传统的一些函数是，乐成返回0，失败返回-1，并且对全局变量errno赋值以指示错误。
  pthreads函数出错时不会设置全局变量errno（而大部门其他POSIX函数会如许做）。而是将错误代码通
  过返回值返回
  

补充知识点：

• pthread_ create函数会产生 一个线程ID【pthread_t 】，存放在第一个参数指向的地址中。该线程ID和前面说的线程ID不是一回事
  
• 前面讲的线程ID属于历程调治的范畴。由于线程是轻量级历程，是操作系统调治器的最小单位，以是需要一个数值来唯一表现该线程
  
• 线程库NPTL提供了pthread_ self函数，可以获得线程自身的ID.
  
• pthread_ create函数第一个参数指向一个虚拟内存单元，该内存单元的地址即为新创建线程的线程ID，
  属于NPTL线程库的范畴。线程库的后续操作，就是根据该线程ID来操作线程的
  

2.2 pthread_t 线程ID的先容

1. pthread_t pthread_self(void);
2. %可用于获取线程库对应的线程ID

复制代码

pthread_t 到底是什么类型呢？
   pthread_t类型的线程ID，本质就是一个历程地址空间上的一个地址

  2.3 线程的停止

假如需要只停止某个线程，而不停止整个历程，有以下三种方法：
   1.从线程函数Return .这种方法对主线程不适用（由于从main函数return，相称于调用了exit,整个历程都退出了)
2.线程可以调用pthread_ exit停止自己
3.一个线程可以调用pthread_ cancel，停止同一历程中的另一个线程。

1. void pthread_exit(void *value_ptr);
2. 参数
3. value_ptr:value_ptr不要指向一个局部变量。
4. 返回值：无返回值，跟进程一样，线程结束的时候无法返回到它的调用者（自身）

复制代码

需要留意,pthread_exit或者return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者是用malloc分配的,不能在线程函
数的栈上分配,由于当别的线程得到这个返回指针时线程函数已经退出了
pthread_cancel函数：

1. 功能：取消一个执行中的线程
2. 原型
3. int pthread_cancel(pthread_t thread);
4. 参数
5. thread:线程ID
6. 返回值：成功返回0；失败返回错误码

复制代码

2.4 线程等候

为什么需要线程等候？
   已经退出的线程，其空间没有被释放，仍然在历程的地址空间内。
创建新的线程不会复用刚才退出线程的地址空间
  线程退出的时候，一般必须要进行join，假如不进行join：

• 就会造成类似于历程那样的内存走漏的问题（没有僵尸线程如许的说法）
  
• 线程对应的退出结果暂时不获取
  

1. int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);
2. 参数
3. thread:线程ID
4. value_ptr:它指向一个指针，后者指向线程的返回值，是输出型参数
5. 返回值：成功返回0；失败返回错误码

复制代码

调用该函数的线程将挂起等候,直到id为thread的线程停止。thread线程以不同的方法停止,通过pthread_join得到的
停止状态是不同的.
   

• 假如thread线程通过return返回,value_ ptr所指向的单元里存放的是thread线程函数的返回值。
  
• 假如thread线程被别的线程调用pthread_ cancel异常终掉,value_ ptr所指向的单元里存放的是常数 PTHREAD_ CANCELED。
  
• 假如thread线程是自己调用pthread_exit停止的,value_ptr所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参 数。
  
• 假如对thread线程的停止状态不感兴趣,可以传NULL给value_ ptr参数
  

  2.5 分离线程

• 默认情况下，新创建的线程是joinable的，线程退出后，需要对其进行pthread_join操作，否则无法释放资源，从而造成系统走漏。
  
• 假如不关心线程的返回值，join是一种负担，这个时候，我们可以告诉系统，当线程退出时，自动释放线程资源.
  

1. int pthread_detach(pthread_t thread);

复制代码

可以是线程组内其他线程对目的线程进行分离，也可以是线程自己分离。

1. pthread_detach(pthread_self());

复制代码

  留意：joinable和分离是辩论的，一个线程不能既是joinable又是分离的
  3 查看线程

代码演示：

1. #include <iostream>
2. #include <string>
3. #include <unistd.h>
4. // #include <pthread.h>
5. #include <thread> // C++11的线程库
6. using namespace std;
7. void* callback1(void* args)
8. {
9.     string name = (char*)args;
10.     while (true)
11.     {
12.         cout << name << ": " << ::getpid() << endl;
13.         sleep(1);
14.     }
15. }
16. void* callback2(void* args)
17. {
18.     string name = (char*)args;
19.     while (true)
20.     {
21.         cout << name << ": " << ::getpid() << endl;
22.         sleep(1);
23.     }
24. }
26. int main()
27. {
28.     // std::thread t([](){
29.     //     while(true)
30.     //     {
31.     //         cout << "线程运行起来啦" << endl;
32.     //         sleep(1);
33.     //     }
34.     // });
36.     // 等待就可以了
37.     // t.join();
39.     pthread_t tid1;
40.     pthread_t tid2;
41.     pthread_create(&tid1, nullptr, callback1, (void*)"thread 1");
42.     pthread_create(&tid2, nullptr, callback2, (void*)"thread 2");
44.     while (true)
45.     {
46.         cout << "我是主线程...: " << ::getpid() << endl;
47.         sleep(1);
48.     }
49.     pthread_join(tid1, nullptr);
50.     pthread_join(tid2, nullptr);
52.     return 0;
53. }

复制代码

3.1 ps -aL：

• 在Linux中， LWP的缩写代表Lightweight Process，它意味着轻量级历程。
  
• 假如LWP和PID是相等的，那么就是主线程，俗称历程。
  
• 三个实行流的PID是一样的，说明是在同一个历程内的三个实行流。
  

4 页表的认识

字符常量不可被修改曾经是怎么加载到内存中的呢？
   

• 字符常量不可被修改，修改的话，编译不会报错，但是运行时报错了。
  
• 是由于当尝试着去修改时候，页表里有对应的条目，会限制进行读写。
  

  

尾声
看到这里，相信各人对这个Linux 有相识了。
假如你感觉这篇博客对你有帮助，不要忘了一键三连哦

免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！更多信息从访问主页：qidao123.com:ToB企服之家，中国第一个企服评测及商务社交产业平台。