Linux线程

1. 线程的概念

Linux内核中线程实现原理

Linux线程实现原理与Windows不同。Linux下线程基于进程实现，线程和进程性能基本一致。Windows下使用线程编程比较多。

LWP：LightWeightProcess 轻量级进程 ->线程 本质仍是线程

进程有独立PCB，独立地址空间

线程有各自PCB(指向的三级页表相同 拷贝的指针指向相同的页目录 物理内存单元实际上共享)，共享进程的一块地址空间

当有第一个线程创建，原进程退化为线程。

线程是最小的执行单位，进程是最小分配资源的单位，线程可以看做寄存器和栈的集合(地址 指针 局部变量)

pthread_create/fork底层函数clone，都是从父进程拷贝

内核中不区分进程和线程，以PCB为区分标志。

查看LWP线程号 (不是线程id)：ps -Lf pid

LWP：CPU分配时间片的依据

线程ID：在进程内部用于区分线程

线程共享资源

同一进程内的线程共享资源：

文件描述符表、每种信号的处理方式（不建议线程和信号相关问题同时实现）、共享当前工作目录、共享用户id和组id、共享内存地址空间(.text/.data/.bss/heap/共享库 例外:errno变量)

非共享资源：

线程id

处理器现场（寄存器和栈指针）内核栈

独立的栈空间（用户空间栈）

errno

信号屏蔽字

调度优先级

优缺点

优点 ：

提高并发性（多个线程相当于进程去抢占时间片）

相对于进程开销小（0~4G）

通信和共享数据容易

缺点：

pthread库函数 不稳定(相对于系统级调用)

调试和编写困难 (gdb无法使用)

对信号支持较弱

线程优点相对突出 但是Linux下进程线程区别不大

2. 线程控制原语

参数详见manpage

注意：编译链接使用-lpthread

pthread_self

返回调用线程的id（pthread_t）

pthread_create

创建线程，成功返回0，错误返回错误编号(和系统调用不同 不再设置errno)，使用strerr把错误编号转换成char*

pthread_exit

退出线程（exit是退出整个进程），没有返回值

pthread_join

阻塞等待回收线程，获取退出状态。获取pthread_exit(void)的参数void*

pthread_detach

线程分离（状态上分离），不会产生僵尸线程，不需要join回收。如果回收了，join返回失败。

pthread_cancel

杀死线程，退出值为-1。注意 不是实时的 需要等待线程到达某一个取消点 （比如一个系统调用，如果线程中没有取消点，可以通过调用pthread_testcancel设置取消点）

pthread_testcancel

设置取消点

pthread_equal

比较两个线程id 是否相等

进程和线程的控制原语对比

  1. fork        pthread_create
  2. exit(int)    pthread_exit(void*)
  3. wait(int*)    pthread_join(,void**) 
  4.             //分离态不能正常回收 返回错误  进程被杀死 回收返回值-1
  5. kill        pthread_cancel()  //不是实时取消   取消点/检查点
  6.             //取消点 系统调用  man 7 pthreads
  7.             pthread_testcancel() 
  8. getpid        pthread_self
  9.             pthread_detach   //设置分离   优点 自动清理pcb

3. 线程属性控制(扩展)

  1. pthread_arrt_t attr;
  2. pthread_attr_init(pthread_attr_t*);
  3. pthread_attr_destroy(pthread_attr_t*);

能设置分离态（create时自动分离无需手动调用detach）

  1. pthread_attr_setdetachstate(attr*,int state);
  2. //state : PTHREAD_CREATE_DETACH
  3. //        PTHREAD_CREATE_JOINABLE
  4. //.....getdetachstate

设置线程栈的大小（进程默认8M，线程栈均分这8M空间）从堆空间申请额外空间补充

  1. pthread_attr_setstack(attr*,void* stackaddr,size_t stacksize);//stackaddr: malloc的空间
  2. //get...

线程栈警戒缓冲区大小（两个线程栈空间之间设置警戒区）

  1. pthread_addr_setstacksize(attr*,size_t stacksize);
  2. //getstacksize.....

4.线程注意事项

线程共享全局变量验证程序（进程不共享）

  1. #include<unistd.h>
  2. #include<string.h>
  3. #include<stdlib.h>
  4. #include<stdio.h>
  5. int share = 0;
  6. void* fun(void* arg)
  7. {
  8.         share+=100;
  9.         printf("tid:%lu share:%d\n",pthread_self(),share);
  10.         return NULL;
  11. }
  12. int main()
  13. {
  14.         pthread_t tid;
  15.         for(int i=0;i<5;i++)
  16.         {
  17.                 sleep(2);
  18.                 int ret =pthread_create(&tid,NULL,fun,NULL);
  19.                 if(ret!=0)
  20.                 {
  21.                         printf("err:pthread create %d\n",ret);
  22.                         printf("thread: %s\n",strerror(ret));
  23.                         fprintf(stderr,"error:%s\n",strerror(ret));
  24.                         exit(1);
  25.                 }
  26.         }
  27.         return 0;
  28. }

return、exit和pthread_exit的区别

exit退出进程 不能在线程中使用

main函数中使用return 0 ，会导致线程未执行完成时，主控线程结束导致全部结束。

return：返回到调用者

pthread_exit—->嵌套调用函数中也能使用，来结束线程。主线程调用 其他线程不会全部被强制结束。

回收线程

回收子进程只能由父进程，但线程之间彼此也能回收。

设置分离态后可能出现的问题

设置分离态后，假如线程运行非常快，在create函数返回前结束，它的tid可能被其他线程使用，那么调用create的线程就得到了错误的线程号。 避免：采取同步措施：pthread_cond_timedwait

malloc和mmap申请的可以被其他线程释放

应该避免在多线程中fork、exec，线程fork，子进程中只有调用fork的线程存在，其他线程在子进程中均pthread_exit

避免在多线程中使用信号机制

4. NPTL

查看NPTL库的版本：

getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION

编译链接：-lpthread

5. DEMO:多线程拷贝