线程&线程控制

线程基本概念：

1 线程

　　（1）概念：linux下没有真正的线程，所谓的线程都是通过进程的pcb模拟的，因此linux下的线程也称为“轻量级进程”，之前我们所说的进程现在看来，可以理解为：只有一个线程的线程组。也可以将线程理解为：在一个程序里的一个执行路线，更准确的来说，线程是一个进程内部的控制序列

　　（2）进程：至少有一个线程的线程组

　　（3）linux下的pcb是task_struct，task_struct中的tgid是线程组id，也等于第一个进程的pid，如果再创建新的线程，这些线程的tgid会相同

2 线程和进程

　　（1）进程是资源竞争的基本单位

　　（2）线程是程序执行的最小单位

　　（3）线程共享进程的数据，比如进程的正文段，数据段，文件描述符（代表一个线程打开文件，另一个线程也可以拿着文件描述在安全的前提下进行操作），信号的处理方式，当前工作目录，用户id，组id。但线程也有自己独有的资源：栈，上下文数据，errno全局变量，信号屏蔽字，调度优先级等等。（注：这些独有的数据都存放在虚拟地址空间的共享区）

　　（4）进程和线程的关系如下图：

3 线程的优点：

　　（1）创建一个线程的代价要比创建一个线程的代价小的多

　　（2）与进程之间的切换先比而言，线程之间的切换需要操作系统做的工作很少

　　（3）线程占有的资源要比进程小很多

　　（4）能充分利用多处理器的可并行数量

　　（5）在等待慢速I/O操作结束的同时，程序可执行其他的计算任务

　　（6）线程多用于cpu密集型与I/O密集型程序

4 线程的缺点：

　　（1）性能损失：在有的情况下会增加额外的调度与同步开销（比如有的操作无法与其他线程共享处理器，当这种操作的数量大于处理器的数量时，会产生这种情况）

　　（2）健壮性降低：线程切换之间缺乏安全保护，需要额外的操作保证线程对共享资源的安全访问

　　（3）缺乏访问控制：进程是访问控制的基本粒度，在一个线程中调用某些OS函数会对整个进程造成影响

　　（4）编程难度较高

线程控制

注意：我们所使用的是大佬们封装的一套接口，因此所使用的都是库函数，所以也说这套接口创建的线程是用户态线程，并且这个用户态线程在操作系统中对应了一个轻量级进程

1 线程创建

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

　　参数：第一个参数返回线程id，第二个参数表示要设置线程的属性，第三个参数表示线程启动后要执行的函数，第四个参数表示创个线程启动函数的参数

　　返回值：成功返回0，失败返回错误码

2 线程终止

　　void pthread_exit(void *value_ptr);

　　参数：输出型参数，带出线程退出时的返回值，不能讲局部变量的地址传给它；

　　无返回值

　　int pthread_cancel(pthread_t thread);

　　功能：同一进程中的其他线程，可以取消另一个线程

　　参数：线程id

　　返回值：成功返回0，失败返回错误码

3 线程等待与分离

　　（1）需要线程等待的原因：已经退出的线程，其空间没有释放，仍然在进程地址空间中，创建新的线程不会覆盖退出线程的空间，因此为了避免内存泄漏，需要线程等待，获取线程的退出状态，并且允许系统回收资源

　　（2）int pthread_join(pthread_t thread, void** value_ptr)

　　　　参数：第一个参数：表示需要等待线程的线程id，第二个参数是输出型参数，指向一个指针，表示线程的退出状态返回值，传NULL表示不关心返回状态

　　　　返回值：成功返回0，失败返回错误码

　　注意：只有线程处于joinable状态，这个线程才能被等待，此状态是线程的默认属性；除此之外，还有detach状态，此状态表示线程退出后直接释放资源，线程无法被等待。线程的这两个属性是互斥的，二者只能选其一

　　（3）分离线程：int pthread_detach(pthread_t thread)

　　　　int pthread_detach(pthread_self())

线程的同步与互斥

　　大部分情况下，线程使用的数据都是局部变量，变量的地址空间在线程地址空间中，这种情况下，变量归单个线程，其他线程无法获得这种变量；但有时候，很多变量都需要在线程间共享，这样的变量称为共享变量，可以通过数据的共享，完成线程之间的交互；多个线程并发的操作共享变量，会引发一些问题；因此需要通过同步与互斥实现一定的保护机制

1 互斥量

　　互斥：同一时间理解资源的唯一访问性

　　互斥锁是原子操作　

　　（1）定义胡互斥锁变量：pthread_mutex_t mutex

　　（2）初始化变量：pthread_mutex_init(&mutex)

　　（3）临界资源加锁/解锁

　　　　pthead_mutex_lock(&mutex)

　　　　pthread_mutex_unlock(&mutex)

　　　　pthread_mutex_trylock(&mutex)：非阻塞

　　　　pthread_mutex_timelock(&mutex)

　　（4）销毁互斥锁：

　　　　pthread_mutex_destory(&mutex)

2 条件变量

　　当一个线程互斥的访问某个变量时，他可能发现在其他线程改变状态之前什么也做不了：例如当一个线程访问队列时，发现队列为空，它只能等待其他线程将一个节点添加到队列中，这种情况下需要条件变量

　　（1）初始化

　　　　pthread_cond_init(&cond)

　　（2）销毁

　　　　pthread_cond_destory(&cond)

　　（3）等待条件满足

　　　　pthread_cond_wait(&cond,&mutex)

　　　　注意：为了保护条件的修改，所以我们使用了互斥锁进行保护，但是如果加锁之后条件不满足而陷入休眠，则造成死锁，因此在休眠之前先解锁，但是解锁和休眠应该是原子操作，，否则也可能会诱发死锁的情况出现

　　（4）唤醒等待

　　　　pthread_cond_signal(&cond)   只通知一个

　　　　pthread_cond_broadcast(&cond)  唤醒所有等待的线程

3 死锁产生的必要条件

　　（1）互斥条件

　　（2）不可剥夺条件

　　（3）请求与保持条件

　　（4）环路等待条件

4 预防死锁

　　破坏其中的一个条件

　　银行家算法

　　死锁检测算法