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Linux下线程编程
Linux下线程编程
1.线程简介
线程（英语：thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。在Unix System V及SunOS中也被称为轻量进程（lightweight processes），但轻量进程更多指内核线程（kernel thread），而把用户线程（user thread）称为线程。
线程是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针PC，寄存器集合和堆栈组成。线程是进程的实体，是被系统独立调度和分配的基本单位。一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一进程的多个线程之间可以并发执行。线程由就绪、阻塞、运行三种基本状态。每一个程序至少有一个线程，若程序只有一个线程，那就是程序本身。
在同一进程中的各个线程，都可以共享该进程所拥有的资源，这首先表现在：所有线程都具有相同的地址空间（进程的地址空间），这意味着，线程可以访问该地址空间的每一个虚地址；此外，还可以访问进程所拥有的已打开文件、定时器、信号量机构等。由于同一个进程内的线程共享内存和文件，所以线程之间互相通信不必调用内核。2.线程与进程区别
进程是资源分配的基本单位。所有与该进程有关的资源，都被记录在进程控制块PCB中。以表示该进程拥有这些资源或正在使用它们。
另外，进程也是抢占处理机的调度单位，它拥有一个完整的虚拟地址空间。当进程发生调度时，不同的进程拥有不同的虚拟地址空间，而同一进程内的不同线程共享同一地址空间。
与进程相对应，线程与资源分配无关，它属于某一个进程，并与进程内的其他线程一起共享进程的资源。
通常在一个进程中可以包含若干个线程，它们可以利用进程所拥有的资源。在引入线程的操作系统中，通常都是把进程作为分配资源的基本单位，而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位。由于线程比进程更小，基本上不拥有系统资源，故对它的调度所付出的开销就会小得多，能更高效的提高系统内多个程序间并发执行的程度，从而显著提高系统资源的利用率和吞吐量。因而近年来推出的通用操作系统都引入了线程，以便进一步提高系统的并发性，并把它视为现代操作系统的一个重要指标。
线程与进程的区别可以归纳为以下4点：
1）地址空间和其它资源（如打开文件）：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。
2）通信：进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。
3）调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
4）在多线程OS中，进程不是一个可执行的实体。
进程和线程运行状态：
3.线程相关函数
3.1创建线程pthread_create
pthread_create是Unix操作系统(Unix、linux等)的创建线程的函数。
注:编译时需要指定链接库 -lpthread
函数原型：#include
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);
形参: thread — 指向线程标志符的指针类型为:pthread_t *
attr — 设置线程属性，默认填NULL。类型为:const pthread_attr_t *
void *(*start_routine) (void *) — 函数指针，现在运行函数的起始地址
arg — 运行函数的参数。不需要填NULL ,类型为:void *
返回值: 成功返回0；失败返回错误编号。
线程创建成功后，attr参数用于指定线程属性，新创建的线程函数形参只有一个void *形参，若需要传入的参数不止一个，则可以把需要传入的参数保存到一个结构体中，通过结构体传入。示例：
#include#include #include void *start_routine_func(void *arg) { while (1) { printf("子线程运行中。。。\n"); sleep(1); } } int main() { int stat; pthread_t pth;//线程标志符 pthread_create(&pth,NULL,start_routine_func,NULL); while(1) { printf("主线程运行中。。。\n"); sleep(1); } } [xsw@xsw 系统编程]$ gcc pthread.c -l pthread [xsw@xsw 系统编程]$ ./a.out 主线程运行中。。。 子线程运行中。。。 主线程运行中。。。 子线程运行中。。。 子线程运行中。。。 主线程运行中。。。 - 1
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3.2 退出线程pthread_exit
函数原型：
void pthread_exit(void *retval);
函数功能：
终止调用它的线程并通过形参返回一个指向某个对象的指针
形 参： void *retval — 线程需要返回的地址
返回值： 无
注：线程结束必须释放线程堆栈，也就是线程函数必须调用pthread_exit()结束，否则直到主进程函数退出才释放。示例：
#include#include #include void *start_routine_func(void *arg) { int cnt=0; while (1) { printf("子线程运行中cnt=%d。。。\n",cnt); sleep(1); cnt++; if(cnt>=3)break; } pthread_exit(NULL);//退出线程，释放堆栈 } int main() { int stat; pthread_t pth;//线程标志符 /*创建子线线程*/ if(pthread_create(&pth,NULL,start_routine_func,NULL)!=0) { printf("线程创建失败\n"); return 0; } printf("子线程ID=%lu\n",pth); /*等待线程退出*/ pthread_join(pth,NULL); printf("线程退出成功\r\n"); return 0; } [xsw@xsw 系统编程]$ gcc pthread.c -lpthread [xsw@xsw 系统编程]$ ./a.out 子线程ID=3078433648 子线程运行中cnt=0。。。 子线程运行中cnt=1。。。 子线程运行中cnt=2。。。 线程退出成功 - 1
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3.3 等待线程结束pthread_join
函数原型：
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
函数功能：
以阻塞方式等待thread指定线程结束，当函数返回值，被等待线程的资源被回收。若线程已经结束，则立即返回。并且thread指定的线程必须是joinable(结合属性)属性。
形 参: thread — 线程标志符(线程ID)。线程唯一标志，类型为:pthread_t
retval — 用户定义的指针，用来存储被等待线程返回的地址
返回值: 成功返回0，失败返回错误编号。示例：
#include#include #include void *start_routine_func(void *arg) { int cnt=0; while (1) { printf("子线程运行中cnt=%d。。。\n",cnt); sleep(1); cnt++; if(cnt>=3)break; } pthread_exit(NULL);//退出线程，释放堆栈 } int main() { int stat; pthread_t pth;//线程标志符 /*创建子线线程*/ if(pthread_create(&pth,NULL,start_routine_func,NULL)!=0) { printf("线程创建失败\n"); return 0; } printf("子线程ID=%lu\n",pth); /*等待线程退出*/ pthread_join(pth,NULL); printf("线程退出成功\r\n"); return 0; } [xsw@xsw 系统编程]$ gcc pthread.c -lpthread [xsw@xsw 系统编程]$ ./a.out 子线程ID=3078433648 子线程运行中cnt=0。。。 子线程运行中cnt=1。。。 子线程运行中cnt=2。。。 线程退出成功 - 1
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3.4 获取当前线程标志符pthread_self
函数原型：
pthread_t pthread_self(void);
函数功能：
获取线程自身ID。
形 参： 无
返回值： 返回当前线程标志符。pthread_t类型为unsigned long int,打印应%lu。示例：
#include#include #include void *start_routine_func(void *arg) { printf("子线程ID=%lu运行中。。。\n",pthread_self()); pthread_exit(NULL);//退出线程，释放堆栈 } int main() { int stat; int i=0; pthread_t pth;//线程标志符 printf("主线程ID=%lu\n",pthread_self()); /*创建5个子线线程*/ for(i=0;i<5;i++) { if(pthread_create(&pth,NULL,start_routine_func,NULL)!=0) { printf("线程创建失败\n"); return 0; } printf("子线程ID=%lu\n",pth); } /*等待线程退出*/ pthread_join(pth,NULL); printf("线程退出成功\r\n"); return 0; } [xsw@xsw 系统编程]$ gcc pthread.c -lpthread [xsw@xsw 系统编程]$ ./a.out 主线程ID=3078706880 子线程ID=3078703984 子线程ID=3068214128 子线程ID=3057724272 子线程ID=3047234416 子线程ID=3036744560 子线程ID=3068214128运行中。。。 子线程ID=3078703984运行中。。。 子线程ID=3057724272运行中。。。 子线程ID=3047234416运行中。。。 子线程ID=3036744560运行中。。。 线程退出成功 - 1
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3.5 自动清理线程资源
函数原型：
//注册清理函数
void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *),void *arg);
//释放清理函数
void pthread_cleanup_pop(int execute);
函数功能：
线程清除处理函数，用于程序异常退出的时候做善后的资源清理。自动释放资源。
注:pthread_cleanup_push函数与pthread_cleanup_pop函数需要成对调用。
形 参：
void (*routine)(void *) — 处理程序函数入口
void *arg — 传递给处理函数形参
int execute — 执行的状态值，0 – 不调用清理函数；1 – 调用清理函数。
返回值： 无
导致调用清理函数条件：
1.调用pthread_exit()函数
2.Pthread_claenup_pop的形参为1
注:return不会导致清理函数调用。示例：
#include#include #include /*线程清理函数*/ void routine_Clinen(void *arg) { printf("arg=%d\n",*(int *)arg); free(arg); printf("释放空间完成\n"); } /*子线程函数*/ void *start_routine_func (void *arg) { printf("arg=%s,线程运行中...\n",arg); char *p=malloc(4); *p=100; //注册线程清理函数 pthread_cleanup_push(routine_Clinen,p); pthread_exit("子线程返回数据测试！");//释放线程堆栈 // return 0;//return终止不会触发线程清理函数 //调用线程清理函数 pthread_cleanup_pop(1); } int main() { /*1.创建线程*/ char buff[]="线程传入参数测试"; pthread_t thread; if(pthread_create(&thread,NULL,start_routine_func,buff)!=0) { printf("线程创建失败\n"); return 0; } printf("线程ID=%lu\n",pthread_self()); char *p; pthread_join(thread,(void **)&p);//等待线程退出 printf("子线程返回数据:%s\n",p); printf("主线程退出\n"); return 0; } [xsw@xsw 系统编程]$ gcc pthread.c -lpthread [xsw@xsw 系统编程]$ ./a.out arg=线程传入参数测试,线程运行中... 线程ID=3078866624 arg=100 释放空间完成 子线程返回数据:子线程返回数据测试！ 主线程退出 - 1
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注:子线程退出时，return退出不会触发线程清理函数
3.6 线程取消函数pthread_cancel
int pthread_cancel(pthread_t thread);
函数功能：
取消同一进程中的其他线程。
形 参：
pthread_t thread — 线程描述符
返回值: 0 — 成功，其他值 — 失败示例：
#include#include #include void *start_routine_func(void *arg) { int data=*(int *)arg; while(1) { printf("data=%d\n",data); sleep(1); data++; } } int main() { int data=10; pthread_t pth_id; if(pthread_create(&pth_id,NULL,start_routine_func,&data)!=0) { printf("线程创建失败\n"); return 0; } printf("子线程ID:%lu\n",pth_id); while(1) { sleep(1); printf("主线程运行中data=%d\n",data); data++; if(data==15) { pthread_cancel(pth_id);//取消子线程 } } } [xsw@xsw 系统编程]$ gcc pthread.c -lpthread [xsw@xsw 系统编程]$ ./a.out 子线程ID:3079162736 data=10 主线程运行中data=10 data=11 主线程运行中data=11 data=12 主线程运行中data=12 data=13 主线程运行中data=13 data=14 主线程运行中data=14 主线程运行中data=15 主线程运行中data=16 主线程运行中data=17 - 1
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3.7 线程分离属性pthread_detach
创建一个线程默认的状态是joinable(结合属性)，如果一个线程结束但没有调用pthread_join，则它的状态类似于进程中的zombie process（僵尸进程），即还有一部分资源没有被回收(退出状态码)，所以创建线程时应该使用函数pthread_join来等待线程运行结束，并可得到线程的退出代码，回收其资源(类似进程中的wait、waitpid)。但是调用pthread_join(pthread_id)函数后，如果该线程没有运行结束，调用者会被阻塞，有些情况下我们并不希望如此。pthread_detach函数可以将该线程状态设置为detached(分离状态)，则该线程运行结束后自动会释放所有资源。
函数原型：int pthread_detach(pthread_t thread);
形 参：
pthread_t thread — 线程标志符
返回值: 0 — 成功，其它值 – 失败示例：
#include#include #include void *start_routine_func(void *arg) { int data=*(int *)arg; while(1) { printf("data=%d\n",data); sleep(1); data++; } } int main() { int data=10; pthread_t pth_id; if(pthread_create(&pth_id,NULL,start_routine_func,&data)!=0) { printf("线程创建失败\n"); return 0; } printf("子线程ID:%lu\n",pth_id); //设置分离属性 pthread_detach(pth_id); //等待子线程退出 pthread_join(pth_id,NULL);//未设置分离属性则会阻塞主线程 while(1) { sleep(1); printf("主线程运行中...\n"); } return 0; } [xsw@xsw 系统编程]$ gcc pthread.c -lpthread [xsw@xsw 系统编程]$ ./a.out 子线程ID:3078335344 data=10 主线程运行中... data=11 主线程运行中... data=12 主线程运行中... data=13 主线程运行中... data=14 主线程运行中... data=15 - 1
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3.8 设置线程栈空间
查看线程堆栈空间：
[wbyq@wbyq ~]$ ulimit -s 8192- 1
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8192单位是KB，也就是默认栈空间大小为8M
通过命令ulimit -a查看线程栈空间详细信息[wbyq@wbyq ~]$ ulimit -a core file size (blocks, -c) 0 data seg size (kbytes, -d) unlimited scheduling priority (-e) 0 file size (blocks, -f) unlimited pending signals (-i) 15407 max locked memory (kbytes, -l) 65536 max memory size (kbytes, -m) unlimited open files (-n) 1024 pipe size (512 bytes, -p) 8 POSIX message queues (bytes, -q) 819200 real-time priority (-r) 0 stack size (kbytes, -s) 8192 cpu time (seconds, -t) unlimited max user processes (-u) 15407 virtual memory (kbytes, -v) unlimited file locks (-x) unlimited- 1
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通过命令ulimit -s <栈空间大小>
[wbyq@wbyq ~]$ ulimit -s 10240 [wbyq@wbyq ~]$ ulimit -s 10240- 1
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每个线程的栈空间都是独立的，如果堆栈空间溢出程序会出现段错误。如果一个进程有10个线程，那么分配的栈空间大小为10*<每个线程栈空间大小>
示例：#includeint main() { char buff[12*1024*1024+1]="hello,world\n"; printf("buff=%s,%d",buff,sizeof(buff)); return 0; } [xsw@xsw 系统编程]$ ./a.out 段错误 (core dumped) - 1
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3.9 通过函数设置和查询线程栈空间
#include#include #include int main() { /*查看线程栈空间最小值*/ printf("STACK_MIN:%d\n",PTHREAD_STACK_MIN);//16384byte--16kb pthread_attr_t attr; size_t ret,stack_size; ret=pthread_attr_init(&attr);//初始化线程属性 if(ret!=0) { printf("初始化失败\n"); return 0; } /*获取线程栈空间*/ ret=pthread_attr_getstacksize(&attr,&stack_size); printf("线程栈空间:%ld kb\n",stack_size/1024); /*设置线程栈空间*/ stack_size=8*1024*1024;//8M pthread_attr_setstacksize(&attr,stack_size); /*获取线程栈空间*/ ret=pthread_attr_getstacksize(&attr,&stack_size); printf("修改后栈空间:%ld kb\n",stack_size/1024); } [wbyq@wbyq ubuntu]$ gcc main.c -pthread [wbyq@wbyq ubuntu]$ ./a.out STACK_MIN:16384 线程栈空间:10240 kb 修改后栈空间:8192 kb - 1
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_44453694/article/details/126354794
