嵌入式学习之系统编程（六）线程

目录

一、线程

（一）线程概念

（二）特征

（三）优缺点

二、线程与进程的区别（面问）

三、多线程程序设计步骤

四、线程的创建（相关函数）

1、pthread_create()

2、pthread_self（）

3、扩展：strerror()

五、线程的退出

1、pthread_exit（）

2、pthread_cancel（）

六、线程的回收

（一）线程的回收机制

（二）线程回收相关函数 pthread_join（）

（三）次线程的回收策略

七、线程的参数，返回值

八、分离属性

1、pthread_attr_init（）

2、pthread_attr_destroy（）

3、pthread_attr_setdetachstate（）

4、pthread_deatch（）

线程清理函数

5、pthread_cleanup_push（）

6、pthread_cleanup_pop（）

7、注：

8、示例

一、线程

（一）线程概念

1、线程是轻量级进程，一般是一个进程中的多个任务（一个进程可以有多个线程）；

2、进程是系统中最小的资源分配单位；

     线程是系统中最小的执行单位。

（二）特征

1、共享资源：

2、效率高 30%

3、三方库： pthread clone posix

4.、编写代码头文件： pthread.h

5、 编译代码加载库： gcc x.c -lpthread

扩：以lib开头 .so结尾的为动态库（在内核中），中间的pthread为库名。

（三）优缺点

优点：比多进程节省资源，可以共享变量。

缺点：1.线程和进程相比，稳定性，稍微差些

        2.线程的调试gdb，相对麻烦些，因为并发

二、线程与进程的区别（面问）

1、资源：

（1）线程比进程多了共享资源；

（2）线程又具有部分私有资源；

（3）进程间只有私有资源没有共享资源。

2、空间：

（1）进程空间独立（写时复制），不能直接通信；

（2）线程可以共享空间（栈区默认不共享），可以直接通信。

3、不同点：

（1）创建开销不一样，进程创建需要3G空间，线程创建只需要8M，线程并发度高于进

        程；

（2）进程变量不共享；

（3）进程切换（复杂）需要的缓存空间多，线程切换栈区，PC指针也发生变化；

（4）进程可申请到硬件资源；

4、稳定性差异：

（1）线程稳定性差（其中一个线程崩溃或严重异常，进程直接结束）；

（2）项目任务复杂，用进程做；简单小任务，用线程做；

5、共同点：都能并发。

6、考虑用线程还是进程的两个准则：

（1）稳定性；

（2）看资源够不够用（够用用线程）。

三、多线程程序设计步骤

1、创建多线程（只要创建成功就启动了）

2、线程空间操作 （设计函数表达要干什么）

3、线程资源回收（栈区回收，默认进程结束栈区不释放）

注：

（1）进程中的第一个线程为主线程，主线程有且仅有一个，（主线程号和进程号一

致）其它次线程为平级关系；

（2）主线程不需创建，运行a.out就出来了，后调用函数创建其他空间，在进程空间新

开栈区（8M）。

四、线程的创建（相关函数）

1、pthread_create()

（1）函数原型：

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);

（2）功能：该函数可以创建指定的一个线程。

（3）参数：

  thread 线程id，需要实现定义并由该函数返回。

  attr   线程属性，一般是NULL，表示默认属性。

  start_routine 指向指针函数的函数指针， 本质上是一个函数的名称即可。称为th 回调

  函数,是线程的执行空间。

（4）返回值：成功 0；失败 错误码

（5）注意：

一次pthread_create执行只能创建一个线程。
每个进程至少有一个线程称为主线程。
主线程退出则所有创建的子线程都退出。
主线程必须有子线程同时运行才算多线程程序。
线程id是线程的唯一标识，是CPU维护的一组数字。
pstree 查看系统中多线程的对应关系。
多个子线程可以执行同一回调函数。

（6）示例

注：gcc编译命令：gcc 01pthread_create.c -lpthread

2、pthread_self（）

（1）函数原型：pthread_t pthread_self(void);

（2）功能：获取当前线程的线程id（谁调就返回谁的id号）

（3）参数：无

（4） 返回值：成功 返回当前线程的线程id；  失败  -1

（5）用户层表示（ps命令）与内核层表示（数字大）不同，使用内核层表示

        用户层查看（man ps     ps-eLf）

（6）示例：

3、扩展：strerror()

（1）报错函数，用于线程报错（多为极端情况使用），也可调用perror()函数（大部分

        情况使用）

（2）strerror(errno)中errno为错误码

五、线程的退出

1、pthread_exit（）

自行退出 = =自杀 ==子线程自己退出

（1）函数原型：void pthread_exit(void *retval); exit return p;

（2）功能：子线程自行退出

（3）参数： retval 线程退出时候的返回状态，临死遗言。

（4）返回值：无

（5）示例：

2、pthread_cancel（）

强制退出 ==他杀 ==主线程结束子线程

（1）函数原型：int pthread_cancel(pthread_t thread);

（2）功能：请求结束一个线程

（3）参数：thread 请求结束一个线程tid

（4）返回值：成功 0；失败 -1

（5）示例：

六、线程的回收

（一）线程的回收机制

1、不同与进程没有孤儿线程和僵尸线程；

2、主线程结束任意生成的子线程都会结束；

3、子线程的结束不会影响主线程的运行。

（二）线程回收相关函数 pthread_join（）

1、函数原型：int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

2、功能：通过该函数可以将指定的线程资源回收（线程结束栈区默认没被释放），

                该函数具有 阻塞等待功能，如果指定的线程没有结束，则回收线程会阻塞。

3、 参数：thread  要回收的子线程tid
                  retval  要回收的子线程返回值/状态；ptread_exit(值);

                   二级指针改变指针的指向
 4、返回值：成功 0；   失败 -1

5、扩展：Tcb块（线程控制块）

                （进程中有10个线程，pcb块中就有10个tcb块）

6、次线程返回的不能为局部变量（解决办法：加static，malloc申请（+free()））

7、示例：

（1）pthread_join（NULL）；

（2）void* ret；

        pthread_join（tid，&ret）；

8、练习：

（三）次线程的回收策略

1、如果预估子线程可以有限范围内结束则正常用pthread_join等待回收；

2、如果预估子线程可能休眠或者阻塞则等待一定时间后强制回收；

3、如果子线程已知必须长时间运行则，不再回收其资源。

七、线程的参数，返回值

1、传参数整数示例：

传参目的：降低程序耦合性（传参>定义全局变量）

2、结构体示例：

#include <stdio.h>               // 包含标准输入输出头文件
#include <stdlib.h>              // 包含标准库头文件（含内存分配、atoi等函数）
#include <string.h>              // 包含字符串操作头文件（如strcat、strlen等）
#include <unistd.h>              // 包含UNIX系统相关头文件（此处可能未实际使用）
#include <pthread.h>             // 包含POSIX线程头文件，用于多线程编程
 
typedef struct                  // 定义结构体类型PER
{
char name[50];              // 姓名，字符数组长度50
int age;                    // 年龄，整数类型
char addr[50];              // 地址，字符数组长度50
} PER;                          // 结构体别名PER
 
void* th(void* arg)             // 线程函数，返回值和参数均为void指针
{
PER per = (PER*)arg;       // 将参数强制转换为PER结构体指针
printf("th:%s %d %s\n", per->name, per->age, per->addr);  // 打印线程中结构体信息
strcat(per->name, "1");     // 向姓名后拼接字符串"1"（修改原数据）
return per;                 // 返回结构体指针（作为线程返回值）
}
 
int main(int argc, char argv)  // 主函数，argc为参数个数，argv为参数数组
{
PER per;                    // 定义PER结构体变量per
bzero(&per, sizeof(per));   // 用bzero函数将per内存块清零（初始化）
printf("pls name:");        // 提示输入姓名
fgets(per.name, sizeof(per.name), stdin);  // 读取输入到name数组，含换行符
per.name[strlen(per.name)-1] = '\0';  // 删除末尾换行符（替换为字符串结束符）
char buf[5] = {0};          // 定义缓冲区，用于临时存储年龄输入
printf("pls age:");         // 提示输入年龄
fgets(buf, sizeof(buf), stdin);  // 读取输入到buf（最多4个字符+终止符）
per.age = atoi(buf);         // 将buf字符串转换为整数赋给age
printf("pls addr:");        // 提示输入地址
fgets(per.addr, sizeof(per.addr), stdin);  // 读取输入到addr数组，含换行符
per.addr[strlen(per.addr)-1] = '\0';  // 删除addr末尾换行符
pthread_t tid;              // 定义线程ID变量tid
pthread_create(&tid, NULL, th, &per);  // 创建线程，传入per地址作为参数
void ret = NULL;           // 定义线程返回值存储变量
pthread_join(tid, &ret);    // 等待线程结束，获取返回值
// 打印主线程中获取的线程返回值（结构体信息）
printf("join ret :%s %d %s\n", ((PER)ret)->name, ((PER*)ret)->age, ((PER*)ret)->addr);
system("pause");            // 调用系统命令pause（Windows环境暂停程序）
return 0;                   // 主函数正常退出
}

八、分离属性

目的：线程消亡，自动回收空间。

1、pthread_attr_init（）

（1）函数原型：int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

（2）功能：初始化一个attr的变量

（3）参数：attr，需要变量来接受初始值

（4）返回值：0 成功，非0 错误

2、pthread_attr_destroy（）

（1）函数原型：int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

（2）功能：销毁attr变量

（3）参数：attr，属性变量

（4）返回值：0 成功，非0 错误

3、pthread_attr_setdetachstate（）

（1）函数原型： int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);

（2）功能：把一个线程设置成相应的属性

（3）参数：attr，属性变量，有init函数初始化他。
                    detachstate：有2个可选值，
                    PTHREAD_CREATE_DETACHED

4、pthread_deatch（）

（1）函数原型：int pthread_deatch(pthread_t thread);

（2）功能：设置分离属性

（3）参数：线程id号，填自己的id

线程清理函数

5、pthread_cleanup_push（）

（1）函数原型：void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *)， void *arg);

（2）功能：注册一个线程清理函数

（3）参数：routine，线程清理函数的入口
                    arg，清理函数的参数。

（4）返回值：无

6、pthread_cleanup_pop（）

（1）函数原型：void pthread_cleanup_pop(int execute);

（2）功能：调用清理函数

（3）参数：execute，非0 执行清理函数
                                     0 ，不执行清理

（4）返回值：无

注：pthread_cleanup_push与pthread_cleanup_pop函数需成对出现；

7、注：

进程可以启动线程，线程也可启动进程（进程中的多线程变为单线程）

8、示例

（1）在循环中批量创建分离态线程，并统计成功创建的线程数量：

#include <pthread.h>               // 包含POSIX线程头文件，用于多线程操作
#include <stdio.h>                 // 包含标准输入输出头文件
#include <stdlib.h>                // 包含标准库头文件（含内存分配等函数）
#include <unistd.h>                // 包含UNIX系统相关头文件（此处可能未实际使用）
 
void* th(void* arg)               // 线程函数，返回值和参数均为void*指针
{
pthread_detach(pthread_self()); // 将当前线程设置为分离态，线程结束后系统自动回收资源
return NULL;                    // 线程执行完毕，返回空指针
}
 
int main(int argc, char** argv)   // 主函数，argc为参数个数，argv为参数数组
{
int i = 0;                    // 循环计数器
pthread_t tid;                // 存储线程ID的变量
for (i = 0; i < 50000; i++)   // 循环创建50000个线程
{
int ret = pthread_create(&tid, NULL, th, NULL); // 创建线程，传入线程函数th，无参数
if (ret != 0)             // 检查线程创建是否失败（非0表示失败）
{
break;                // 失败则退出循环
}
printf("%d\n", i);        // 打印当前创建的线程序号
}
system("pause");              // 调用系统命令pause（Windows环境暂停程序，防止退出）
return 0;                     // 主函数正常退出
}

（2）利用线程清理处理机制确保动态分配内存的正确释放：

#include <pthread.h>               // 包含POSIX线程相关头文件（线程创建、清理等）
#include <stdio.h>                 // 包含标准输入输出头文件（printf等）
#include <stdlib.h>                // 包含标准库头文件（malloc、free等内存操作）
#include <unistd.h>                // 包含UNIX系统相关头文件（此处未实际使用）
#include <string.h>                // 包含字符串操作头文件（strcpy等）
 
void clean(void arg)             // 线程清理处理函数，参数为void指针
{
printf("this clean %s\n", (char*)arg);  // 打印清理信息，输出传入的字符串
free(arg);                              // 释放动态分配的内存，避免泄漏
}
 
void* th(void* arg)               // 线程执行函数，返回值和参数均为void指针
{
strcpy((char )arg, "hello world\n");  // 将字符串复制到传入的内存地址（修改arg指向的数据）
printf("th,strcpy over\n");            // 打印线程内操作完成的提示
return NULL;                            // 线程执行完毕，返回空指针
}
 
int main(int argc, char *argv)   // 主函数，argc为参数个数，argv为参数数组
{
pthread_t tid;                // 定义线程ID变量，用于存储创建的线程标识
char p = malloc(50);         // 动态分配50字节内存，返回指针p指向该内存块
pthread_cleanup_push(clean, p);  // 注册线程清理函数clean，参数为p（内存地址）
pthread_create(&tid, NULL, th, p);  // 创建线程，传入线程函数th和参数p（内存地址）
pthread_join(tid, NULL);      // 阻塞等待线程tid结束，回收其资源
printf("before pop\n");       // 打印提示，表示即将执行清理函数弹出操作
pthread_cleanup_pop(1);       // 弹出清理函数，并执行（参数1表示执行清理函数）
system("pause");              // 调用系统命令pause（Windows环境暂停程序）
return 0;                     // 主函数正常退出
}