linux 线程基础

线程基础函数

查看进程中有多少个线程，查看线程的LWP

ps -Lf 进程ID(pid)

执行结果：LWP列

y:~$ ps -Lf 1887
UID        PID  PPID   LWP  C NLWP STIME TTY      STAT   TIME CMD
ys        1887  1341  1887  0    3 14:57 tty2     Sl     0:00 /usr/lib/ibus/ibus
ys        1887  1341  1889  0    3 14:57 tty2     Sl     0:00 /usr/lib/ibus/ibus
ys        1887  1341  1890  0    3 14:57 tty2     Sl     0:00 /usr/lib/ibus/ibus

线程共享的资源：

注意：信号和线程最好不要一起使用。又用信号又用多线程的架构不太合理。

• 文件描述符表
• 信号的处理方式
• 当前工作目录
• 用户ID和组ID
• 内存地址空间（.text/.data/.bss/heap/共享库，栈区(stack)不共享）

非线程共享的资源：

• 线程ID

• 处理器现场和栈指针（内核栈）

• 独立的栈空间（用户空间栈）

• errno变量

  • 所以不能用函数perrno打印错误信息了。

  • 使用strerror函数打印错误信息

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

    • errnum:errno

• 阻塞信号集合

• 调度优先级

现场优，缺点

• 优点：1，提高程序并发性。2，开销小。3，数据通信，共享方便
• 缺点：1，因为使用的时库函数，所以不太稳定。2，调试，编写困难。3，对信号支持不好。

进程和线程都是通过系统函数clone创建的。

每个线程有自己独立的PCB

pcb：进程控制块结构体：/usr/src/linux-headers-4.15.0-29/include/linux/sched.h

• 进程id：系统中每个进程有唯一的id，在c语言中用pid_t类型表示，是个非负整数。

• 进程状态：就绪，运行，挂起，停止等状态

• 描述虚拟地址空间的信息

• 描述控制终端的信息

• 进程执行时的当前工作目录（current working directory）

• umask掩码

• 文件描述符表，包含很多指向file结构体的指针

• 和信号相关的信息

• 用户id和组id

• 会话（session）和进程组

• 进程可以使用的资源上限（Resource Limit）

  用【ulimit -a】查看：

  ys@ys:~$ ulimit -a
  core file size          (blocks, -c) 0
  data seg size           (kbytes, -d) unlimited
  scheduling priority             (-e) 0
  file size               (blocks, -f) unlimited
  pending signals                 (-i) 7743
  max locked memory       (kbytes, -l) 16384
  max memory size         (kbytes, -m) unlimited
  open files                      (-n) 1024
  pipe size            (512 bytes, -p) 8
  POSIX message queues     (bytes, -q) 819200
  real-time priority              (-r) 0
  stack size              (kbytes, -s) 8192
  cpu time               (seconds, -t) unlimited
  max user processes              (-u) 7743
  virtual memory          (kbytes, -v) unlimited
  file locks                      (-x) unlimited
  

pthread_create函数：创建一个线程，并开始执行这个线程

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

• thread：线程的ID
• attr：线程的属性，一般不使用
• start_routine：函数指针
• arg：start_routine函数的参数
• 返回值：成功返回0；失败返回errno

编译的时候要加【-lpthread】

pthread_self函数：得到线程的id

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

例子：得到主线程的ID和子线程的ID。注意要sleep1秒，不睡的话，主线程就先结束了，所以子线程里的打印打不出来。

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

void * thr(void* args){
  printf("in thread %d, %lu
", getpid(), pthread_self());
}

int main(){
  pthread_t tid;
  pthread_create(&tid, NULL, thr, NULL);
  printf("in main thread %d, %lu
", getpid(), pthread_self());
  sleep(1);
  return 0;
}

pthread_exit函数：终止线程

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

• retval：线程的返回值

改进上面的例子，用pthread_exit代替sleep

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

void * thr(void* args){
  printf("in thread %d, %lu
", getpid(), pthread_self());
  //exit(1);//不要在子线程里调用此函数，调用的结果是把整个进程终止了。
  //return NULL;//可以使用
  //pthread_exit(NULL);//可以使用
}

int main(){
  pthread_t tid;
  pthread_create(&tid, NULL, thr, NULL);
  printf("in main thread %d, %lu
", getpid(), pthread_self());
  //sleep(1);
  pthread_exit(NULL);
  return 0;
}

终止线程时的注意事项

• 要使用pthread_exit函数，不能使用exit函数
• 也可以使用return，但是在主线程里使用return的话，就把进程终止了。
• exit是推出进程，所以不要在线程函数里调用exit函数

pthread_join函数：阻塞等待回收线程资源，其实也是等待线程结束，所以是阻塞的函数，线程不执行完，pthread_join就一直处于阻塞状态，类似wait函数(回收子进程的函数，也是阻塞的）。并且它的第二个参数是可以接收线程的返回值的。

线程不回收也会变成僵尸线程，线程里也有PCB资源，也要回收。

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

• thread：函数pthread_create调用后，传出的第一个参数的值，也就是线程的ID
• retval：二级指针，线程推出时，返回的信息。
• 返回值：成功返回0；失败返回errno

例子：实验pthread_join是否是阻塞。

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

void * thr(void* args){
  printf("in thread %d, %lu
", getpid(), pthread_self());
  sleep(1);
  return (void*)200;
}

int main(){
  pthread_t tid;
  pthread_create(&tid, NULL, thr, NULL);
  printf("in main thread %d, %lu
", getpid(), pthread_self());

  void *ret;
  pthread_join(tid, &ret);
  printf("return value:%d
", (int)ret);

  return 0;
}

结果分析，发现在子线程睡的1秒内，pthread_join是阻塞的，线程的返回值200，也可以打印出来，但是编译有警告。

用pthread_exit函数也可以设置线程的返回值和return的效果一模一样。

pthread_exit((void*)11);
return (void*)11;

pthread_cancel函数：终止线程，并把线程的返回值设置为-1（是个宏）

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

• thread：线程ID
• 返回值：成功返回0；失败返回errno

例子：验证被函数pthread_cancel终止的进程的返回值。

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>


void * thr(void* args){
  while(1){
    printf("in thread %d, %lu
", getpid(), pthread_self());
    sleep(1);
  }

  pthread_exit((void*)101);
  //return (void*)200;
}

int main(){
  pthread_t tid;
  pthread_create(&tid, NULL, thr, NULL);

  sleep(5);
  pthread_cancel(tid);

  void *ret;
  pthread_join(tid, &ret);
  printf("return value:%d
", (int)ret);

  return 0;
}

注意：pthread_cancel能够执行成功的前提是要终止的线程里必须有Cancellation points。也就是说线程里不能光是一个空的死循环，循环里至少要有一行代码，否则pthread_cancel不能执行成功。

pthread_detach函数：从父线程中分离出线程，也就是说这个子线程不受父线程的控制了，父线程不再需要回收这个子线程的资源了，也就是不可以调用pthread_join函数去回收它所占的资源了。

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

• thread：线程ID
• 返回值：成功返回0；失败返回errno

例子：验证分离后，不可以调用pthread_join函数。

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>


void * thr(void* args){
  while(1){
    printf("in thread %d, %lu
", getpid(), pthread_self());
    sleep(1);
  }

  pthread_exit((void*)101);
  //return (void*)200;
}

int main(){
  pthread_t tid;
  pthread_create(&tid, NULL, thr, NULL);

  sleep(5);
  pthread_detach(tid);

  int ret = pthread_join(tid, NULL);
  if(ret != 0){
    printf("return value:%d, %s
", ret, strerror(ret));
  }
  
  return 0;
}

结果分析：打印出下面的，errno是22.

return value:22, Invalid argument

查看线程库函数的版本：NPTL 2.27(NPTL：Native POSIX Thread Library)

getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION
NPTL 2.27

线程创建多少个性能好？

CPU核数*2 + 2

pthread_equal函数：判断2个线程ID是否相同

#include <pthread.h>
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

虽然线程ID的类型是pthread_t，也就是无符号长整形，但是也不推荐用==去判断，因为Linux后续的版本有可能把pthread_t类型变为构造。

注意：在同一个进程内，线程ID是唯一的。但是在不同的进程里，可以参数相同的线程ID。这点和进程的ID不同，进程ID肯定是唯一的。

创建线程时，pthread_create函数的第二参数，可以设置线程的属性。

设置线程属性的步骤：

1，调用pthread_attr_init函数

#include <pthread.h>
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

2，设置属性。设置属性的函数如下：

pthread_attr_getaffinity_np   pthread_attr_setaffinity_np
pthread_attr_getdetachstate   pthread_attr_setdetachstate
pthread_attr_getguardsize     pthread_attr_setguardsize
pthread_attr_getinheritsched  pthread_attr_setinheritsched
pthread_attr_getschedparam    pthread_attr_setschedparam
pthread_attr_getschedpolicy   pthread_attr_setschedpolicy
pthread_attr_getscope         pthread_attr_setscope
pthread_attr_getstack         pthread_attr_setstack
pthread_attr_getstackaddr     pthread_attr_setstackaddr
pthread_attr_getstacksize     pthread_attr_setstacksize

3，调用pthread_attr_destroy函数

#include <pthread.h>
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

举例：先指定线程的属性是detatch，然后再创建线程。创建线程后就不用再调用pthread_detach函数了。这么做的好处是，如果线程的执行时间特别短，还没调用pthread_detach函数，线程就结束了的情况，程序也可以正常回收线程的资源。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>

void * thr(void* arg){
  printf("thread
");
}

int main(){

  pthread_attr_t attr;
  pthread_attr_init(&attr);

  pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

  pthread_t tid;
  pthread_create(&tid, &attr, thr, NULL);

  int ret = pthread_join(tid, NULL);
  if(ret > 0){
    printf("ret:%d, %s
", ret, strerror(ret));    
  }
  
  pthread_attr_destroy(&attr);
}

线程传递参数的例子

用malloc开辟内存空间，记得释放。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

void * thr(void* arg){
  int* pi = arg;
  printf("%d thread
", *pi);
  *pi = 100 + *pi;
  return pi;
}

int main(){

  pthread_t tid[5];
  int* pi[5];
  for(int j = 0; j < 5; ++j){
    pi[j] = (int*)malloc(sizeof(int));
  }
  int i = 0;
  for(; i < 5; ++i){
    *pi[i] = i;
    pthread_create(&tid[i], NULL, thr, pi[i]);
  }

  void* ret;
  for(i = 0; i < 5; ++i){
    pthread_join(tid[i], &ret);
    printf("ret:%d
", *(int*)ret);
  }

  for(int i = 0; i < 5; ++i){
    free(pi[i]);
  }
}

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