[Linux]线程基本知识

概念

进程

一个正在执行的程序，它是资源分配的最小单位

进程中的事情需要按照一定的顺序逐个进行

进程出现了很多弊端:

一是由于进程是资源拥有者，创建、撤消与切换存在较大的时空开销，因此需要引入轻型进程；

二是由于对称多处理机（SMP）出现，可以满足多个运行单位，而多个进程并行开销过大。(多个运行单位可以是多个进程也可以是多个线程)

线程

有时又称轻量级进程，程序执行的最小单位，系统独立调度和分派cpu的基本单位，它是进程中的一个实体。

一个进程中可以有多个线程，这些线程共享进程的所有资源，线程本身只包含一点必不可少的资源。

多线程的优势：

1、在多处理器中开发程序的并行性

2、在等待慢速IO操作时，程序可以执行其他操作，提高并发性

3、模块化的编程，能更清晰的表达程序中独立事件的关系，结构清晰

4、占用较少的系统资源

多线程不一定要多处理器

相关术语

并发（看起来同时发生）

并发是指在同一时刻，只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。 

并行（真正的同时发生）

并行是指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。

同步

彼此有依赖关系的调用不应该“同时发生”，而同步就是要阻止那些“同时发生”的事情

异步

异步的概念和同步相对，任何两个彼此独立的操作是异步的，它表明事情独立的发生

线程的生命周期

主线程（初始线程）

1、当c程序运行时，首先运行main函数。在线程代码中，这个特殊的执行流被称作初始线程或者主线程。可以在主线程中做任何普通线程可以做的事情。

2、主线程的特殊性在于，它在main函数返回的时候，会导致进程结束，进程内所有的线程也将会结束。这不是一个好的现象，可以在主线程中调用pthread_exit函数，这样进程就会等待所有线程结束时才终止。

3、主线程接受参数的方式是通过argc和argv，而普通的线程只有一个参数void*

4、在绝大多数情况下，主线程在默认堆栈上运行，这个堆栈可以增长到足够的长度。而普通线程的堆栈是受限制的，一旦溢出就会产生错误。

创建线程

1、主线程是随着进程的创建而创建

2、其他线程可以通过调用函数来创建，主要调用pthread_create

	线程	进程
标识符类型	pthread_t	pid_t
获取id	pthread_self()	getpid()
创建	pthread_create()	fork()

pthread_t：

        linux中：unsigned long int

        Mac OS10.3、FreeBSD5.2中：结构体

int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, 

                             const pthread_attr_t *restrict attr, 

                             void *(*start_routine)(void *), 

                             void *restrict arg)

其中，

        *restrict tidp：新线程的id，如果成功则新线程的id回填充到tidp指向的内存

        *restrict attr：线程属性（调度策略，继承性，分离性...）

        *(*start_routine)(void *)：回调函数（新线程要执行的函数）

        *restrict arg：回调函数的参数

        返回值：成功返回0，失败则返回错误码

编译时需要连接库libpthread

注意：

新线程可能在当前线程从函数pthread_create返回之前就已经运行了，甚至新线程可能在当前线程从函数pthread_create返回之前就已经运行完毕了。

四个基本状态

就绪：线程能够运行，但是在等待可用的处理器

运行：当处理器选中一个就绪的线程执行时，它立刻变成运行状态。在多核系统中，可能同时有多个线程在运行

堵塞：线程在等待处理器以外的其他条件，如以下情况会造成堵塞

• 试图加锁一个已经被锁住的互斥量
• 等待某个条件变量
• 调用singwait等待尚未发生的信号
• 执行无法完成的I/O信号
• 由于内存页错误

终止：线程从启动函数中返回，或者调用pthread_exit函数，或者被取消

回收（线程的分离属性）

分离线程：当该线程结束时，回收其所属资源。

分离一个正在运行的线程并不会影响它，仅在线程结束后才会执行回收。

创建线程时默认是非分离的

• 一个没有被分离的线程在终止时会保留它的虚拟内存，包括他们的堆栈和其他系统资源，有时这种线程被称为“僵尸线程”。
• 如果线程具有分离属性，线程终止时会被立刻回收，回收将释放掉所有在线程终止时未释放的系统资源和进程资源，包括保存线程返回值的内存空间、堆栈、保存寄存器的内存空间等。

终止被分离的线程会释放所有的系统资源，但是必须释放由该线程占有的程序资源。由malloc或者mmap分配的内存可以在任何时候由任何线程释放，条件变量、互斥量、信号灯可以由任何线程销毁，只要他们被解锁了或者没有线程等待。但是只有互斥量的主人才能解锁它，所以在线程终止前，你需要解锁互斥量。

线程的基本控制

线程终止

普通的单个线程有一下3中方式退出，这样不会终止进程

1. 从启动例程中返回，返回值是线程的退出码
2. 线程可以被同一进程中的其他线程取消
3. 线程调用pthread_exit(void *rval)函数，rval是退出码

return 和 pthread_exit 的区别：

主线程return时会结束进程，主线程pthread_exit时会等待所有线程结束后再结束进程

注意：

如果进程中的任意一个线程调用了exit，_Exit，_exit，那么整个进程就会终止 

线程连接

int pthread_join(pthead_t tid, void **rval)

• 参数tid就是指定线程的id
• 参数rval是指定线程的返回码，如果线程被取消，那么rval被置为PTHREAD_CANCELED
• 该函数调用成功会返回0，失败返回错误码

调用该函数的线程会一直阻塞，直到指定的线程tid调用pthread_exit、从启动例程返回或者被取消

调用pthread_join会使指定的线程处于分离状态，如果指定线程已经处于分离状态，那么调用就会失败

线程分离

int pthread_detach(pthread_t thread);

pthread_detach可以分离一个线程，线程可以自己分离自己

成功返回0，失败返回错误码

线程取消

待续