Linux多线程 - 基本操作

0. 线程 vs 进程

何为线程？线程即轻量级进程，如何理解轻量级这个概念？

我们知道，Linux的资源分为用户空间资源和内核空间资源：

• 用户空间资源：用来存放用户自定义的一些数据，用户可直接控制；
• 内核空间资源：用OS统一调配的资源，用户无权进行控制

1). 用户空间资源

由上图可以看出：

• 进程：
  
  子进程具备自己独立的用户空间（内容全部复制父进程）;
  
  父子进程不可相互访问对方资源；
• 线程：
  
  仅申请自己的栈空间，与同进程的其它线程共享内存空间；
  
  需要注意资源的同步和互斥访问问题

对不同内存空间的解释：

• 栈(stack):
  
  存放程序的局部变量(不包括static修饰的变量)；
  
  后入先出(LIFO),
• 堆(Heap):
  
  用于存放进程运行中被动态分配的内存段；
  
  调用malloc/new()分配，free/delete()释放
• BSS区：Block Started by Symbol
  
  属于静态内存分配， 存放程序中为初始化的全局变量
• 全局变量区：
  
  静态(static)全局变量 和 静态(static)局部变量
• 代码段：只读
  
  存放程序的执行代码，有时也存储一些只读的常数变量(如字符串常量等)

下图是以32位系统为例进行介绍的(系统内核占用高地址1GB内存)



(该图转自：C程序(进程)的内存布局)

2). 内核空间资源

创建线程时，内核仍旧创建一个新的PCB来标识这个线程；因此从内核角度看，进程和线程时一样的。

进程是OS管理资源的基本单元，线程时OS系统调用的基本单元。

1. 线程基本操作

功能	进程	线程
创建	fork()	pthread_create()
退出	exit	pthread_exit()
等待	wait/waitpid()	pthread_join()
取消	abort()	pthread_cancel()
获取ID	getpid()	pthread_self()
调度策略	SCHED_OTHER、SCHED_FIFO、SCHED_RR	SCHED_OTHER、SCHED_FIFO、SCHED_RR
通信机制	管道、消息队列、共享内存、信号、信号量	信号、信号量、互斥锁、读写锁、条件变量

1). 创建线程 - pthread_create()

• 作用：
  
  创建新的线程

• 头文件：

    #include <pthread.h>
  

• 函数原型：

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

• 参数：

• thread: 存放线程ID

       typedef unsigned long int pthread_t;
  

• attr:设置线程属性，一般为NULL

• start_routine: 线程执行哪段代码

• arg: 运行函数的参数地址，若需传入多个参数，则需要使用包含这些参数的结构体地址

• 返回值：
  
  成功：0
  
  失败：非零值

关于线程的属性：

  线程的属性主要围绕其所能申请的资源，用户能够显示管理的线程的属性主要为栈空间信息，如下结构体：

typedef struct
{
    int     detachstate;     //线程的分离状态
    int     schedpolicy;     //线程调度策略
    struct  sched_param schedparam;   //线程的调度参数
    int     inheritsched;    //线程的继承性
    int     scope;           //线程的作用域
    size_t  guardsize;       //线程栈末尾的警戒缓冲区大小
    int     stackaddr_set;
    void *  stackaddr;       //线程栈的位置
    size_t  stacksize;       //线程栈的大小
}pthread_attr_t;

详细的属性操作请参考：http://blog.csdn.net/scanery/article/details/7242768

2). 获取线程id - pthread_self()/pthread_gettid()

• 进的pid： 每个进程都有自己独一无二的pid_t pid, 由getpid()函数获得；
• 线程id：

• 用户空间：
  
  pthread_t pid,由ptread_self()函数获得；该id由线程库维护，其id空间是相对独立的(即不同进程的子线程pid有可能相同)；实际上，该id是当前线程的description地址;
• 内核空间：
  
  从内核中看，每个线程都具有自己独一无二的tid(但是不能通过ps看，也不会在/proc下生成对应编号的目录),只能通过Linux的系统调用syscall(SYS_getpid)来获取

①. pthread_self()

• 作用：
  
  获取调用者的线程ID：pthread_id

• 头文件：

    #include <pthread.h>
  

• 函数原型：

    pthread_t pthread_self(void)
  

• 参数：

• 返回值：
  
  成功： 线程ID，同pthread_creat()的pid相同
  
  失败：总是成功

②. syscall()

• 作用：
  
  调用没有glibc实现的函数，使其可以进入内核态

• 头文件：

    #include <sys/syscall.h>
  

• 函数原型：

    int syscall(int number, ...)
  

• 参数：

• number:
  
  系统调用号，详细参见 `usr/include/bits/syscall.h>
• ...:
  
  number的参数值

• 返回值：
  
  成功： 根据参数的不同进行返回(一般为0)
  
  失败：-1

③. gettid()

• 作用：
  
  获取线程的真是tid

• 头文件：

    #include <sys/types.h>
  

• 函数原型：

    pid_t gettid(void)
  

• 参数：

• 返回值：
  
  成功：0
  
  失败：无失败

3). 线程等待/退出 - pthread_join()/pthread_exit()

①. pthread_exit()

• 作用：
  
  退出当前线程

• 头文件：

    #include <pthread.h>
  

• 函数原型：

     void pthread_exit(void *retval)
  

• 参数：

• retval:
  
  退出时线程的状态

• 返回值：
  
  无返回值

②. pthread_join()

• 作用：
  
  等待子线程结束

• 头文件：

    #include <pthread.h>
  

• 函数原型：

    int pthread_join(pthread_t thread, void **retval)
  

• 参数：

• thread:
  
  等待线程的tid
• retval:
  
  子线程退出时的返回状态

• 返回值：
  
  成功： 0
  
  失败： 非零值

③. pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()

• 作用：
  
  线程退出前执行用户定义的操作

• 头文件：

    #include <phtread.h>
  

• 函数原型：

    void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *), void *arg)
    void pthread_cleanup_pop(int execute)
  

• 参数：

• (void (routine)(void)): 压入栈顶的函数
• arg:压入函数的参数
• execute: 弹出某函数时是否执行，0为不执行，非零为执行

• 返回值：
  
  无

4). 取消线程

①. pthread_cancel()

• 作用：
  
  取消正在执行的线程

• 头文件：

    #include <phtread.h>
  

• 函数原型：

    int pthread_cancel(pthread_t thread)
  

• 参数：

• thred: 欲取消的线程ID

• 返回值：
  
  成功： 0
  
  失败：非0

② pthread_setcancelstate() / pthread_setcaneltype()

• 作用：
  
  取消正在执行的线程

• 头文件：

    #include <phtread.h>
  

• 函数原型：

    int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate)
    int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype)
  

• 参数：

• state: 欲设置的线程状态
• oldstate: 存储原来的线程状态

线程状态	说明
PTHREAD_CANCEL_ENABLE	默认值，该线程可被取消
PTHREAD_CANCEL_DISABLE	不可被取消

• type: 欲设置的类型
• oldtype: 存储原来的类型

线程类型	说明
PTHREAD_CANCEL_DEFERRED	在取消点取消
PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS	可随时执行新的或未决的请求

• 返回值：
  
  成功： 0
  
  失败：非0