Linux系統(tǒng)編程-(pthread)線程創(chuàng)建與使用

1. 前言

前面文章介紹了Linux下進(jìn)程的創(chuàng)建、管理、使用、通信，了解了多進(jìn)程并發(fā)；這篇文章介紹Linux下線程的基本使用。

線程與進(jìn)程的區(qū)別

（1）進(jìn)程: 是操作系統(tǒng)調(diào)度最小單位。

Linux下可以通過(guò)ps、top等命令查看進(jìn)程的詳細(xì)信息。

（2）線程: 是進(jìn)程調(diào)度的最小單位，每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)主線程。在進(jìn)程里主要做事情就是線程。

（3）在全系統(tǒng)中，進(jìn)程ID是唯一標(biāo)識(shí)，對(duì)于進(jìn)程的管理都是通過(guò)PID來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，內(nèi)核去中就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)體來(lái)存儲(chǔ)該進(jìn)程的全部信息，每一個(gè)存儲(chǔ)進(jìn)程信息的節(jié)點(diǎn)也都保存著自己的PID。需要管理該進(jìn)程時(shí)就通過(guò)這個(gè)ID來(lái)實(shí)現(xiàn)(比如發(fā)送信號(hào))。當(dāng)子進(jìn)程結(jié)束要回收時(shí)(子進(jìn)程調(diào)用exit()退出或代碼執(zhí)行完)，需要通過(guò)wait()系統(tǒng)調(diào)用來(lái)進(jìn)行，未回收的消亡進(jìn)程會(huì)成為僵尸進(jìn)程，其進(jìn)程實(shí)體已經(jīng)不復(fù)存在，但會(huì)虛占PID資源，因此回收是有必要的。

對(duì)于線程而言，若要主動(dòng)終止需要調(diào)用pthread_exit() ，主線程需要調(diào)用pthread_join()來(lái)回收(前提是該線程沒(méi)有設(shè)置 “分離屬性”)。像線發(fā)送線程信號(hào)也是通過(guò)線程ID實(shí)現(xiàn)

進(jìn)程間的通信方式：

A.共享內(nèi)存 B.消息隊(duì)列 C.信號(hào)量 D.有名管道 E.無(wú)名管道 F.信號(hào)

G.文件 H.socket

線程間的通信方式:

A.互斥量 B.自旋鎖 C.條件變量 D.讀寫鎖 E.線程信號(hào) F.全局變量

進(jìn)程間采用的通信方式要么需要切換內(nèi)核上下文，要么要與外設(shè)訪問(wèn)(有名管道，文件)。所以速度會(huì)比較慢。而線程采用自己特有的通信方式的話，基本都在自己的進(jìn)程空間內(nèi)完成，不存在切換，所以通信速度會(huì)較快。也就是說(shuō)，進(jìn)程間與線程間分別采用的通信方式，除了種類的區(qū)別外，還有速度上的區(qū)別。

說(shuō)明: 當(dāng)運(yùn)行多線程的進(jìn)程捕獲到信號(hào)時(shí)，只會(huì)阻塞主線程，其他子線程不會(huì)影響會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。

2. 線程相關(guān)函數(shù)介紹

2.1 創(chuàng)建線程

pthread_create是Unix操作系統(tǒng)（Unix、Linux等）的創(chuàng)建線程的函數(shù)。

編譯時(shí)需要指定鏈接庫(kù)：-lpthread

函數(shù)原型

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

參數(shù)介紹

第一個(gè)參數(shù)為指向線程標(biāo)識(shí)符的指針。

第二個(gè)參數(shù)用來(lái)設(shè)置線程屬性。默認(rèn)可填NULL。

第三個(gè)參數(shù)是線程運(yùn)行函數(shù)的起始地址。

最后一個(gè)參數(shù)是運(yùn)行函數(shù)的參數(shù)。不需要參數(shù)可填NULL。

Linux下查看函數(shù)幫助：# man pthread_create

返回值：

若線程創(chuàng)建成功，則返回0。若線程創(chuàng)建失敗，則返回出錯(cuò)編號(hào)。

線程創(chuàng)建成功后， attr參數(shù)用于指定各種不同的線程屬性。新創(chuàng)建的線程從start_rtn函數(shù)的地址開始運(yùn)行，該函數(shù)只有一個(gè)萬(wàn)能指針參數(shù)arg，如果需要向線程工作函數(shù)傳遞的參數(shù)不止一個(gè)，那么需要把這些參數(shù)放到一個(gè)結(jié)構(gòu)中，然后把這個(gè)結(jié)構(gòu)的地址作為arg的參數(shù)傳入。

示例:

#include #include //線程函數(shù)1 void *pthread_func1(void *arg) { while(1) { printf("線程函數(shù)1正在運(yùn)行.....\n"); sleep(2); } } //線程函數(shù)2 void *pthread_func2(void *arg) { while(1) { printf("線程函數(shù)2正在運(yùn)行.....\n"); sleep(2); } } int main(int argc,char **argv) { pthread_t thread_id1; pthread_t thread_id2; /*1. 創(chuàng)建線程1*/ if(pthread_create(&thread_id1,NULL,pthread_func1,NULL)) { printf("線程1創(chuàng)建失敗!\n"); return -1; } /*2. 創(chuàng)建線程2*/ if(pthread_create(&thread_id2,NULL,pthread_func2,NULL)) { printf("線程2創(chuàng)建失敗!\n"); return -1; } /*3. 等待線程結(jié)束,釋放線程的資源*/ pthread_join(thread_id1,NULL); pthread_join(thread_id2,NULL); return 0; } //gcc pthread_demo_code.c -lpthread

2.2 退出線程

線程通過(guò)調(diào)用pthread_exit函數(shù)終止執(zhí)行，就如同進(jìn)程在結(jié)束時(shí)調(diào)用exit函數(shù)一樣。這個(gè)函數(shù)的作用是，終止調(diào)用它的線程并返回一個(gè)指向某個(gè)對(duì)象的指針。

這個(gè)函數(shù)的作用是，終止調(diào)用它的線程并返回一個(gè)指向某個(gè)對(duì)象的指針，該返回值可以通過(guò)pthread_join函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)得到。

函數(shù)原型

#include void pthread_exit(void *retval);

參數(shù)解析

線程的需要返回的地址。

注意: 線程結(jié)束必須釋放線程堆棧，就是說(shuō)線程函數(shù)必須調(diào)用pthread_exit()結(jié)束，否則直到主進(jìn)程函數(shù)退出才釋放

2.3 等待線程結(jié)束

pthread_join()函數(shù)，以阻塞的方式等待thread指定的線程結(jié)束。當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，被等待線程的資源被收回。如果線程已經(jīng)結(jié)束，那么該函數(shù)會(huì)立即返回。并且thread指定的線程必須是joinable（結(jié)合屬性）屬性。

函數(shù)原型

#include int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

參數(shù)

第一個(gè)參數(shù): 線程標(biāo)識(shí)符，即線程ID，標(biāo)識(shí)唯一線程。

最后一個(gè)參數(shù): 用戶定義的指針，用來(lái)存儲(chǔ)被等待線程返回的地址。

返回值

0代表成功。 失敗，返回的則是錯(cuò)誤號(hào)。

接收線程返回值示例：

//退出線程 pthread_exit ("線程已正常退出"); //接收線程的返回值 void *pth_join_ret1; pthread_join( thread1, &pth_join_ret1);

2.4 線程分離屬性

創(chuàng)建一個(gè)線程默認(rèn)的狀態(tài)是joinable（結(jié)合屬性），如果一個(gè)線程結(jié)束運(yùn)行但沒(méi)有調(diào)用pthread_join，則它的狀態(tài)類似于進(jìn)程中的Zombie Process（僵死進(jìn)程），即還有一部分資源沒(méi)有被回收（退出狀態(tài)碼），所以創(chuàng)建線程者應(yīng)該pthread_join來(lái)等待線程運(yùn)行結(jié)束，并可得到線程的退出代碼，回收其資源（類似于進(jìn)程的wait,waitpid)。但是調(diào)用pthread_join(pthread_id)函數(shù)后，如果該線程沒(méi)有運(yùn)行結(jié)束，調(diào)用者會(huì)被阻塞，在有些情況下我們并不希望如此。

pthread_detach函數(shù)可以將該線程的狀態(tài)設(shè)置為detached(分離狀態(tài))，則該線程運(yùn)行結(jié)束后會(huì)自動(dòng)釋放所有資源。

函數(shù)原型

#include int pthread_detach(pthread_t thread);

參數(shù)

線程標(biāo)識(shí)符

返回值

0表示成功。錯(cuò)誤返回錯(cuò)誤碼。

EINVAL線程并不是一個(gè)可接合線程。

ESRCH沒(méi)有線程ID可以被發(fā)現(xiàn)。

2.5 獲取當(dāng)前線程的標(biāo)識(shí)符

pthread_self函數(shù)功能是獲得線程自身的ID。

函數(shù)原型

#include pthread_t pthread_self(void);

返回值

當(dāng)前線程的標(biāo)識(shí)符。

pthread_t的類型為unsigned long int，所以在打印的時(shí)候要使用%lu方式，否則顯示結(jié)果出問(wèn)題。

2.6 自動(dòng)清理線程資源

線程可以安排它退出時(shí)需要調(diào)用的函數(shù)，這樣的函數(shù)稱為線程清理處理程序。用于程序異常退出的時(shí)候做一些善后的資源清理。

在POSIX線程API中提供了一個(gè)pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()函數(shù)用于自動(dòng)釋放資源。從pthread_cleanup_push()的調(diào)用點(diǎn)到pthread_cleanup_pop()之間的程序段中的終止動(dòng)作（包括調(diào)用 pthread_exit()和異常終止）都將執(zhí)行pthread_cleanup_push()所指定的清理函數(shù)。

注意：pthread_cleanup_push函數(shù)與pthread_cleanup_pop函數(shù)需要成對(duì)調(diào)用。

函數(shù)原型

void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *),void *arg); //注冊(cè)清理函數(shù) void pthread_cleanup_pop(int execute); //釋放清理函數(shù)

參數(shù)

void (*routine)(void *) ：處理程序的函數(shù)入口。

void *arg ：傳遞給處理函數(shù)的形參。

int execute：執(zhí)行的狀態(tài)值。 0表示不調(diào)用清理函數(shù)。1表示調(diào)用清理函數(shù)。

導(dǎo)致清理函數(shù)調(diào)用的條件：

調(diào)用pthread_exit()函數(shù)

pthread_cleanup_pop的形參為1。

注意：return不會(huì)導(dǎo)致清理函數(shù)調(diào)用。

2.7 自動(dòng)清理線程示例代碼

#include #include #include //線程清理函數(shù) void routine_func(void *arg) { printf("線程資源清理成功\n"); } //線程工作函數(shù) void *start_routine(void *dev) { pthread_cleanup_push(routine_func,NULL); //終止線程 // pthread_exit(NULL); pthread_cleanup_pop(1); //1會(huì)導(dǎo)致清理函數(shù)被調(diào)用。0不會(huì)調(diào)用。 } int main(int argc,char *argv[]) { pthread_t thread_id; //存放線程的標(biāo)識(shí)符 /*1. 創(chuàng)建線程*/ if(pthread_create(&thread_id,NULL,start_routine,NULL)!=0) { printf("線程創(chuàng)建失敗!\n"); } /*2.設(shè)置線程的分離屬性*/ if(pthread_detach(thread_id)!=0) { printf("分離屬性設(shè)置失敗!\n"); } while(1){} return 0; }

2.8 線程取消函數(shù)

pthread_cancel函數(shù)為線程取消函數(shù)，用來(lái)取消同一進(jìn)程中的其他線程。

頭文件: #include 函數(shù)原型：pthread_cancel(pthread_t tid);

Linux 任務(wù)調(diào)度

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