Linux系统编程8：多线程编程

1. 概念

线程是比进程更小的能独立运行的基本单位，线程基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如线程ID,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

一个线程包含以下内容：

指向当前被执行指令的指令指针；
栈；
寄存器值的集合，定义了一部分描述正在执行线程的处理器状态的值；
私有的数据区

进程与线程静态

进程与线程动态

参考

man 7 threads

2. 查看线程

命令

No.	命令	含义
1	`ps -T -p <pid>`	`-T`开启线程查看
2	`top -H -p <pid>`	`-H`开启线程查看

文件

No.	文件	含义
1	`/proc/{PID}/task/`	线程默认的名字和进程名相同
2	`/proc/{PID}/task/{tid}/comm`	线程名

3. 操作

No.	操作	函数
1	线程标识	`pthread_t pthread_self(void)`
2	线程创建	`int pthread_create(pthread_t * tidp, pthread_attr_t * attr, void (start_rtn)(void), void * arg)`
3	子线程终止	`void pthread_exit(void* retval)`
4	线程合并	`int pthread_join(pthread_t tid, void **retval)`
5	线程分离	`int pthread_detach(pthread_t tid)`
6	发送信号	`int pthread_kill(pthread_t tid, int sig)`

3.1 线程标识

pthread_t pthread_self(void)

返回值
当前线程的线程ID

说明：

线程ID打印使用%lu

pthread_self()不链接库pthread返回值为0.

linux上的线程实现就是在内核支持的基础上以POSIX thread的方式对外封装了接口。

3.2 线程创建

int pthread_create(pthread_t * tidp, pthread_attr_t * attr, void *(*start_rtn)(void), void * arg)

参数

No.	参数	含义
1	`tidp`	线程ID指针
2	`attr`	线程属性

示例
两个线程并发执行

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
 
int info(){
    printf("PID:%d,TID:%lu",getpid(),pthread_self());
    char name[16] = {0};
    prctl(PR_GET_NAME,name);
    printf("TNAME:%s\n",name);
}
 
void* method(void* arg){
    int i = 0;
    for(;i<100;i++){
        usleep(500000);
        info();
    }
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    int i = 0;
    for(;i<100;i++){
        sleep(1);
        info();
    }
    sleep(1);
}

模拟抢票

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
 
long ticket = 1000000;
 
void* method(void* arg){
    while(ticket > 0){
        ticket--;
        printf("%lu get a ticket, leave %d\n",pthread_self(),ticket);
        //sleep(1);
    }
}
 
int main(){
    pthread_t tid;
    pthread_setconcurrency(5);
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    pause();
}

3.3 子线程退出

子线程退出有两种方式

线程处理函数return。
调用子线程终止

void pthread_exit(void* retval)

参数

No.	参数	含义
1	`retval`	函数的返回指针，只要`pthread_join`中的第二个参数`retval`不是`NULL`，这个值将被传递给`retval`

用在线程回调函数中，返回线程数据

3.4 线程合并

使用valgrind试试上面的程序是否有内存泄漏？

int pthread_join(pthread_t tid, void **retval)

参数

No.	参数	含义
1	`tid`	被等待的线程标识符
2	`retval`	一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值

返回值

No.	返回值	含义
1	`0`	成功
2	非0	错误码

可以由其他线程终止，回收资源

示例
无传参的情况

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
 
int info(){
    printf("PID:%d,TID:%lu",getpid(),pthread_self());
    char name[16] = {0};
    prctl(PR_GET_NAME,name);
    printf("TNAME:%s\n",name);
}
 
void* method(void* arg){
    sleep(5);
    info();
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    pthread_join(tid,NULL);
}

有传参的情况

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
 
int info(){
    printf("PID:%d,TID:%lu",getpid(),pthread_self());
    char name[16] = {0};
    prctl(PR_GET_NAME,name);
    printf("TNAME:%s\n",name);
}
 
void* method(void* arg){
    sleep(5);
    info();
    printf("arg:%s",arg);
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    char test[]="hello thread";
    pthread_create(&tid,NULL,method,test);
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    pthread_join(tid,NULL);
}

线程参数
局部变量可以作为线程参数的情况

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
 
int info(){
    printf("PID:%d,TID:%lu",getpid(),pthread_self());
    char name[16] = {0};
    prctl(PR_GET_NAME,name);
    printf("TNAME:%s\n",name);
}
 
void* method(void* arg){
    sleep(5);
    info();
    printf("arg:%s",arg);
    return "this is return value";
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    char test[]="hello thread";
    pthread_create(&tid,NULL,method,test);
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    void* res = NULL;
    pthread_join(tid,&res);
    printf("res:%s\n",res);
}

局部变量不能作为线程参数的情况

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
 
int info(){
    printf("PID:%d,TID:%lu",getpid(),pthread_self());
    char name[16] = {0};
    prctl(PR_GET_NAME,name);
    printf("TNAME:%s\n",name);
}
 
void* method(void* arg){
    sleep(5);
    info();
    printf("arg:%s",arg);
}
 
pthread_t create_thread(){
    pthread_t tid;
    char test[] = "Hello thread";
    pthread_create(&tid,NULL,method,(void*)test);
    return tid;
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    //char test[]="hello thread";
    //pthread_create(&tid,NULL,method,test);
    tid = create_thread();
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    pthread_join(tid,NULL);
}

只读变量可以作为线程参数的情况

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
 
int info(){
    printf("PID:%d,TID:%lu",getpid(),pthread_self());
    char name[16] = {0};
    prctl(PR_GET_NAME,name);
    printf("TNAME:%s\n",name);
}
 
void* method(void* arg){
    sleep(5);
    info();
    printf("arg:%s",arg);
}
 
pthread_t create_thread(){
    pthread_t tid;
    const char* test = "Hello thread";
    pthread_create(&tid,NULL,method,(void*)test);
    return tid;
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    //char test[]="hello thread";
    //pthread_create(&tid,NULL,method,test);
    tid = create_thread();
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    pthread_join(tid,NULL);
}

堆变量可以作为线程参数的情况

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
 
int info(){
    printf("PID:%d,TID:%lu",getpid(),pthread_self());
    char name[16] = {0};
    prctl(PR_GET_NAME,name);
    printf("TNAME:%s\n",name);
}
 
void* method(void* arg){
    sleep(5);
    info();
    printf("arg:%s",arg);
    free(arg);
}
 
pthread_t create_thread(){
    pthread_t tid;
    char* test = malloc(BUFSIZ);
    strcpy(test,"Hello thread");
    pthread_create(&tid,NULL,method,(void*)test);
    return tid;
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    //char test[]="hello thread";
    //pthread_create(&tid,NULL,method,test);
    tid = create_thread();
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    pthread_join(tid,NULL);
}

静态变量可以作为线程参数的情况

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
 
int info(){
    printf("PID:%d,TID:%lu",getpid(),pthread_self());
    char name[16] = {0};
    prctl(PR_GET_NAME,name);
    printf("TNAME:%s\n",name);
}
 
void* method(void* arg){
    sleep(5);
    info();
    printf("arg:%s",arg);
}
 
pthread_t create_thread(){
    pthread_t tid;
        static char test[] = "Hello thread";
    pthread_create(&tid,NULL,method,(void*)test);
    return tid;
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    //char test[]="hello thread";
    //pthread_create(&tid,NULL,method,test);
    tid = create_thread();
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    pthread_join(tid,NULL);
}

3.5 线程分离

int pthread_detach(pthread_t tid)

参数

No.	参数	含义
1	`tid`	要释放线程的标识符ID

返回值

No.	返回值	含义
1	`0`	成功
2	非0	错误码

不能被其他线程终止，存储资源在它终止时由系统自动回收释放
线程分离后不能使用join。

使用valgrind试试pthread_detach()的程序是否有内存泄漏？

4. 进程线程比较

4.1 接口对比

No.	Process Primitive	Thread Primitive	Description
1	`getpid()`	`pthread_self()`	获得控制流的id
2	`fork()`	`pthread_create()`	创建新的控制流
3	`exit()`	`pthread_exit()`	退出已有的控制流
4	`waitpid()`	`pthread_join()`	等待控制流并获得结束代码

4.2 特性对比

No.	特性	进程	线程
1	粒度	系统资源分配和调度的基本单位	CPU调度和分派的基本单位
2	资源	有独立的地址空间	共享进程的地址空间
3	效率	上下文切换要较慢	上下文切换较快
4	稳定性	子进程崩溃，不影响父进程与其他子进程	任何一个线程崩溃，整个程序崩溃

5 线程通信

全局变量、动态分配内存和比线程生存周期长的局部变量都可以用于线程通信。

线程通信比进程简单方便。

问题：尽然有了进程，为什么要有线程？

6. C++11 `thread`类

使用pthread实现简单的thread类。

#ifndef __THREAD_H
#define __THREAD_H
#include <pthread.h>

namespace miniSTL{
    class thread{
        typedef pthread_t id;
        typedef void* (*func_t)(void*);
        typedef void (*funcv_t)();
        id _id; // 线程TID
    public:
         thread():_id(0){}
         thread(func_t func){
            pthread_create(&_id,NULL,func,NULL);
         }
         thread(funcv_t func){
            pthread_create(&_id,NULL,reinterpret_cast<func_t>(func),NULL);
         }
         id get_id()const{
            return _id;
         }
         void join(){
            pthread_join(_id,NULL);
         }
         void detach(){
            pthread_detach(_id);
         }
    };

};
#endif // __THREAD_H

最后编辑于：2020.03.30 19:13:13

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