Linux线程的创建方式是什么

线程的概念与实现方式

线程是进程内部的一条执行序列或执行路径，一个进程可以包含多条线程。

• 从资源分配的角度来看，进程是操作系统进行资源分配的基本单位。

• 从资源调度的角度来看，线程是资源调度的最小单位，是程序执行的最小单位

执行序列就是一组有序指令的集合——函数。

线程是进程内部的一条执行序列，一个进程至少有一条线程，称之为主线程（main方法代表的执行序列），可以通过线程库创建其他线程（给线程制定一个它要执行的函数），将创建的线程称之为函数线程。

线程的实现方式

• 内核级线程（由内核直接创建和管理线程，虽然创建开销较大，但是可以利用多处理器的资源）

• 用户级线程（由线程库创建和管理多个线程，线程的实现都是在用户态，内核无法感知，创建开销较小，无法使用多处理器的资源）

• 混合级线程（结合以上两种方式实现，可以利用多处理器的资源，从而在用户空间中创建更多的线程，从而映射到内核空间的线程中，多对多，N：M（N>>M））

Linux系统实现多线程的方式

Linux 实现线程的机制非常独特。从内核的角度来说，它并没有线程这个概念。

Linux 把所有的线程都当做进程来实现。内核并没有为表征线程准备特别的调度算法或定义特别的数据结构。

相反，线程仅仅被视为一个与其他进程共享某些资源的进程。

每个线程都拥有唯 一隶属于自己的task_struct，所以在内核中，它看起来就像是一个普通的进程（只是线程和 其他一些进程共享某些资源，如地址空间）

线程和进程的区别

• 进程是资源分配最小单位，线程是程序执行的最小单位；

• 线程间的切换效率相比进程间的切换要高

• 进程有自己独立的地址空间，每启动一个进程，系统都会为其分配地址空间，建立数据表来维护代码段、堆栈段和数据段，线程没有独立的地址空间，它使用相同的地址空间共享数据；

• 创建一个线程比进程开销小；

• 线程占用的资源要⽐进程少很多。

• 线程之间通信更方便，同一个进程下，线程共享全局变量，静态变量等数据，进程之间的通信需要以通信的方式（IPC）进行；（但多线程程序处理好同步与互斥是个难点）

• 多进程程序更安全，生命力更强，一个进程死掉不会对另一个进程造成影响（源于有独立的地址空间），多线程程序更不易维护，一个线程死掉，整个进程就死掉了（因为共享地址空间）；

• 进程对资源保护要求高，开销大，效率相对较低，线程资源保护要求不高，但开销小，效率高，可频繁切换；

多线程开发的三个基本概念

• 线程 【创建、退出、等待】

• 互斥锁【创建、销毁、加锁】、解锁】

• 条件【创建、销毁、触发、广播、等待】

线程库的使用

1.创建线程

#include<phread.h>

int pthread_create(pthread_t *id , pthread_attr_t *attr, void(*fun)(void*), void *arg);

• id ：传递一个pthread_t类型的变量的地址，创建成功后，用来获取新创建的线程的TID

• attr：指定线程的属性 默认使用NULL

• fun：线程函数的地址

• arg：传递给线程函数的参数

• 返回值，成功返回0，失败返回错误码

多线程代码示例

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

#include<pthread.h>

//声明一个线程函数
void *fun(void *);

int main()
{
	printf("main start\n");

	pthread_t id;
	//创建函数线程，并且指定函数线程要执行的函数
	int res = pthread_create(&id,NULL,fun,NULL);
	assert(res == 0);

	//之后并发运行
	int i = 0;	
	for(; i < 5; i++)
	{
		printf("main running\n");
		sleep(1);
	}

	printf("main over\n");
	exit(0);
}

//定义线程函数
void* fun(void *arg)
{
	printf("fun start\n");

	int i = 0;
	for(; i < 3;i++)
	{
		printf("fun running\n");
		sleep(1);
	}

	printf("fun over\n");
}

gcc编译代码时报`undifined reference to xxxxx错误，都是因为程序中调用了一些方法，但是没有连接该方法所在的文件，例如下面的情况：

连接库文件编译成功并执行，这一点在帮助手册中也有提示：Compile and link with -pthread

比较两次运行的结果发现前三条执行语句时一样的

结论

• 创建线程并执行线程函数，和调用函数是完全不同的概念。

• 主线程和函数线程是并发执行的。

• 线程提前于主线程结束时，不会影响主线程的运行

• 主线程提前于线程结束时，整个进程都会结束，其他线程也会结束

• 创建函数线程后，哪个线程先被执行是有操作系统的调度算法和机器环境决定。

函数线程在主线程结束后也随之退出，原因：主线程结束时使用的是exit方法，这个方法结束的是进程。

然而修改代码为：pthread_exit(NULL);此时主线程结束，函数线程会继续执行直至完成。即便如此，我们还是不推荐大家手动结束主线程，我们更喜欢让主线程等待一会。

给线程函数传参

①值传递

将变量的值直接转成void*类型进行传递

因为线程函数接受的是一个void*类型的指针，只要是指针，32位系统上都是4个字节，值传递就只能传递小于或等于4字节的值。

代码示例

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

#include<pthread.h>

void *fun(void *);

int main()
{
	printf("main start\n");

	int a = 10;
	
	pthread_t id;
	int res = pthread_create(&id,NULL,fun,(void*)a);
	assert(res == 0);

	int i = 0;	
	for(; i < 5; i++)
	{
		printf("main running\n");
		sleep(1);
	}

	printf("main over\n");
	exit(0);
}


void* fun(void *arg)
{
	int b = (int)arg;
	printf("b == %d\n",b);
}

②地址传递

将变量（所有类型）的地址强转成void*类型进行传递，就和在普通函数调用传递变量的地址相似。

主线程和函数线程通过这个地址就可以共享地址所指向的空间。

一个进程内的所有线程是共享这个进程的地址空间。

多线程下进程的4G虚拟地址空间

一个进程内的所有线程对于全局数据，静态数据，堆区空间都是共享的。

线程之间传递数据很简单，但是随之带来的问题就是线程并发运行时无法保证线程安全。

代码示例

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

#include<pthread.h>

int gdata = 10; //.data

void *fun(void *);

int main()
{
	int *ptr = (int *)malloc(4);//.heap
    *ptr = 10;
	
	pthread_t id;
	int res = pthread_create(&id,NULL,fun,(void*)ptr);
	assert(res == 0);

    sleep(2);//等待两秒，保证函数线程已经讲数据修改

	printf("main : gdata == %d\n",gdata);
    printf("main : *ptr = %d\n",*ptr);

	exit(0);
}


void *fun(void *arg)
{
	int *p = (int*)arg;

    gdata = 20000;
    *p = 20;

	printf("fun over\n");
}

线程库中的其他方法

线程退出的三种方式：

• 线程从执行函数返回，返回值是线程的退出码；

• 线程被同一进程的其他线程取消；

• 调用pthread_exit（）函数退出；

等待线程终止

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
args:
    pthread_t thread: 被连接线程的线程号，该线程必须位于当前进程中，而且不得是分离线程
    void **retval :该参数不为NULL时，指向某个位置 在该函数返回时，将该位置设置为已终止线程的退出状态
    return:
    线程连接的状态，0是成功，非0是失败

当A线程调用线程B并 pthread_join() 时，A线程会处于阻塞状态，直到B线程结束后，A线程才会继续执行下去。当 pthread_join() 函数返回后，被调用线程才算真正意义上的结束，它的内存空间也会被释放（如果被调用线程是非分离的）。

这里有三点需要注意：

• 系统仅释放系统空间，你需要手动清除程序分配的空间，例如由 malloc() 分配的空间。

• 2.一个线程只能被一个线程所连接。

• 3.被连接的线程必须是非分离的，否则连接会出错。所以可以看出pthread_join()有两种作用：1-用于等待其他线程结束：当调用 pthread_join() 时，当前线程会处于阻塞状态，直到被调用的线程结束后，当前线程才会重新开始执行。2-对线程的资源进行回收：如果一个线程是非分离的（默认情况下创建的线程都是非分离）并且没有对该线程使用 pthread_join() 的话，该线程结束后并不会释放其内存空间，这会导致该线程变成了“僵尸线程”。

等待指定的子线程结束

• 等待thread（）指定的线程退出，线程未退出时，该方法阻塞

• result接收thread线程退出时，指定退出信息

int pthread_join(pthread_t id,void **result)//调用这个方法的线程会阻塞，直到等待线程结束

代码演示：

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

#include<pthread.h>

int main()
{
	printf("main start\n");

	pthread_t id;
	int res = pthread_create(&id,NULL,fun,NULL);
	assert(res == 0);

	//之后并发运行
	int i = 0;	
	for(; i < 5; i++)
	{
		printf("main running\n");
		sleep(1);
	}
	
	char *s = NULL;
	pthread_join(id,(void **)&s);
	printf("join : s = %s\n",s);
	
	exit(0);
}

//定义线程函数
void* fun(void *arg)
{
	printf("fun start\n");

	int i = 0;
	for(; i < 10;i++)
	{
		printf("fun running\n");
		sleep(1);
	}

	printf("fun over\n");

	pthread_exit("fun over");//将该字符常量返回给主线程
}

此时，主线程完成五次输出，就会等待子线程结束，阻塞等待，子线程结束后，最后，主线程打印join：s = fun over

关于exit和join的一些详细说明：

• 线程自己运行结束，或者调用pthread_exit结束，线程都会释放自己独有的空间资源；

• 若线程是非分离的，线程会保留线程ID号，直到其他线程通过joining这个线程确认其已经死亡，join的结果是joining线程得到已终止线程的退出状态，已终止线程将消失；

• 若线程是分离的，不需要使用pthread_exit（），线程自己运行结束，线程结束就会自己释放所有空间资源（包括线程ID号）；

• 子线程最终一定要使用pthread_join（）或者设置为分离线程来结束线程，否则线程的资源不会被完全释放（使用取消线程功能也不能完全释放）；

• 主线程运行pthrea_exit()，会结束主线程，但是不会结束子线程；

• 主线程结束，则整个程序结束，所以主线程最好使用pthread_join函数等待子线程结束，使用该函数一个线程可以等待多个线程结束；

• 使用pthread_join函数的线程将会阻塞，直到被join的函数线程结束，该函数返回，但是它对被等待终止的线程运行没有影响；

• 如果子线程使用exit()则可以结束整个进程；

线程属性

线程具有的属性可以在线程创建的时候指定；

——pthread_create()函数的第二个参数(pthread_attr_t *attr)表示线程的属性，在以前的例子中将其值设为NULL,也就是采用默认属性，线程的多项属性都是可以修改的，这些属性包括绑定属性，分离属性，堆栈属性，堆栈大小，优先级。

系统默认的是非绑定，非分离，缺省1M的堆栈以及父子进程优先级相同

线程结构如下：

typedef struct
{
    int             detachstate;     //线程的分离状态
    int             schedpolicy;    //线程调度策略
    struct sched_param  schedparam; //线程的调度参数
    int             inheritsched;   //线程的继承性
    int             scope;      //线程的作用域
    size_t          guardsize;  //线程栈末尾的警戒缓冲区大小
    int             stackaddr_set; //线程的栈设置
    void*           stackaddr;  //线程栈的位置
    size_t          stacksize;  //线程栈的大小
} pthread_attr_t;

每一个属性都有对应的一些函数，用于对其进行查看和修改，下面分别介绍：

线程属性初始化

初始化和去初始化分别对应于如下的两个函数：

#include <pthread.h>

①int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
②it pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

①功能：

• 初始化线程属性函数，注意：应先初始化线程属性，再pthread_create创建线程

参数：

• attr：线程属性结构体

返回值：

• 成功：0

• 失败：-1

②功能：

• 销毁线程属性所占用的资源函数

参数：

• attr：线程属性结构体

返回值：

• 成功：0

• 失败：-1

线程分离

线程的分离状态决定一个线程以什么样的方式来终止自己，这个在之前我们也说过了。

• 默认状态下，线程是非分离状态，意味着原有的线程会等待所创建的线程结束。只有在pthread_join()函数返回后，才能释放创建的线程占用的系统资源，也才能视作该线程终止。

• 若线程运行结束且无其他线程阻塞等待，则该线程处于分离状态，此时系统资源将立即被释放。应该根据自己的需要，选择适当的分离状态。

相关API如下：

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);

功能：设置线程分离状态

参数：

• attr：已初始化的线程属性

• detachstate： 分离状态

PTHREAD_CREATE_DETACHED（分离线程）

PTHREAD_CREATE_JOINABLE（非分离线程）

返回值：

• 成功：0

• 失败：非0

int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *attr, int *detachstate);

功能：获取线程分离状态

参数：

• attr：已初始化的线程属性detachstate： 分离状态

PTHREAD_CREATE_DETACHED（分离线程）

PTHREAD _CREATE_JOINABLE（非分离线程）

返回值：

• 成功：0

• 失败：非0

注意：

当一个线程被设置为分离线程时，假设此时该线程的执行速度非常快，它很可能在pthread_create返回之前就终止； 终止之后将线程号和系统资源移交给其他线程使用，这样调用create就得到了错误的线程号，因此就必须采取一些同步措施，可以在被创建的线程里调用pthread_cond_timedwait函数，让这个线程等待一会儿，留出足够的时间让函数pthread_create返回，设置一段等待时间，是在多线程编程里常用的方法。要避免使用像wait()这样的函数，因为它们会让整个进程进入睡眠状态，而无法解决线程同步问题。

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