12.2 linux下的线程
什么是线程：
在一个程序里的一个执行路线就叫做线程（thread），更准确的定义是：线程是“一个进程内部的控制序列”
一切进程至少都有一个执行线程
进程与线程：
进程是资源竞争的基本单位
线程是程序执行的最小单位
线程会使用进程的全局变量
线程共享进程数据，但也拥有自己的一部分数据
线程ID
程序计数器
寄存器组
栈
errno
一个进程内部的线程可以共享资源
代码段
数据段
打开文件和信号
单线程和多线程模型如下：
如何从进程往线程中传数据？又如何从线程中将数据传出来呢？
1、使用全局变量，可以将数据传给线程
2、在进程中分配内存，通过pthread_create的第四个参数传给线程
fork和创建新线程的区别：
线程的属性是可以修改的。竞争范围可以修改。
POSIX线程库：
与线程有关的函数构成了一个完整的系列，绝大多数函数名字都是以“pthread”开头的。
要使用这些函数库，需要引入头文件<pthread.h>
链接这些线程函数库时要使用编译器命令的“-lpthread”选项
pthread_create函数：
原型：int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg)
功能：创建一个新的线程
参数：
thread：返回的线程ID
attr：设置线程的属性，attr为NULL表示使用默认属性
start_routine：是一个函数地址，线程启动后要执行的函数
arg：传给线程启动函数的参数
返回值：成功返回0，失败返回错误码
错误检查：
传统的一些函数是成功返回0，失败返回-1，并且对全局变量errno赋值以指示错误
pthreads函数出错时不会设置全局变量errno（而大部分其他POSIX函数会这样做），而是将错误码通过返回值返回
pthread同样也提供了线程内的errno变量，以支持其他使用errno的代码，对于pthreads函数的错误，建议通过返回值来判定，因为读取返回值
要比读取线程内的errno变量的开销更小。
其他线程函数：
进程和线程对比：
进程：
fork；有pid；有pcb控制块；有僵尸进程；
线程：
pthread_create；有tid；有tcb控制块；有僵尸线程
线程和进程有一个巨大的区别，就是线程依赖进程，如果进程死了，线程也会死掉。而进程是父进程死了，子进程依旧可以运行。因为进程有自己独立的内存空间。总之，线程依赖于进程的生命周期。
线程示例程序如下：
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
/*
int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
const pthread_attr_t *restrict attr,
void *(*start_routine)(void*), void *restrict arg);
*/ void *start_routine(void *arg)
{
int i = ;
printf("I am thread. \n"); for(i = ; i < ; i++)
printf("B");
fflush(stdout); return NULL;
} int main()
{
pthread_t thread;
int i = ; pthread_create(&thread, NULL, start_routine, NULL); for(i = ; i< ; i++)
{
printf("A");
fflush(stdout);
} return ;
}
执行完32行，线程就去执行线程体函数了，34行开始的for循环已经不再属于线程，也就是说线程执行完线程体就返回了，不会执行到34行。
运行结果如下：
我们看到只打印出了AAAAAAAAA，这是因为，进程（主线程）死了之后，线程也就死了，它还没有来得及执行线程体就死了。我们给进程下面加上sleep，如下：
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
/*
int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
const pthread_attr_t *restrict attr,
void *(*start_routine)(void*), void *restrict arg);
*/ void *start_routine(void *arg)
{
int i = ;
printf("I am thread. \n"); for(i = ; i < ; i++)
printf("B");
fflush(stdout); return NULL;
} int main()
{
pthread_t thread;
int i = ; pthread_create(&thread, NULL, start_routine, NULL); for(i = ; i< ; i++)
{
printf("A");
fflush(stdout);
} sleep(); return ;
}
结果如下：
我们看到线程成功打印出了数据。
打印全局变量，程序如下：
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
/*
int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
const pthread_attr_t *restrict attr,
void *(*start_routine)(void*), void *restrict arg);
*/ int g_num = ; void *start_routine(void *arg)
{
int i = ;
printf("I am thread. \n");
printf("g_num = %d\n", g_num); for(i = ; i < ; i++)
{
printf("B");
fflush(stdout);
} printf("\n"); return NULL;
} int main()
{
pthread_t thread;
int i = ; g_num = ; pthread_create(&thread, NULL, start_routine, NULL); for(i = ; i< ; i++)
{
printf("A");
fflush(stdout);
}
printf("\n");
sleep(); return ;
}
执行结果如下：
多进程打印全局变量程序如下：
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
/*
int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
const pthread_attr_t *restrict attr,
void *(*start_routine)(void*), void *restrict arg);
*/ int g_num = ; void *start_routine(void *arg)
{
int i = ;
printf("I am thread. \n");
printf("g_num = %d\n", g_num); for(i = ; i < ; i++)
{
printf("B");
fflush(stdout);
} printf("\n"); return NULL;
} int main()
{
pid_t pid;
int i = ; g_num = ; pid = fork(); if( pid == )
{
printf("I am child \n");
printf("g_num = %d\n", g_num);
for(i = ; i< ; i++)
{
printf("B");
fflush(stdout);
}
printf("\n");
exit();
} for(i = ; i< ; i++)
{
printf("A");
fflush(stdout);
}
printf("\n");
sleep(); return ;
}
结果如下：
获取线程ID的示例：
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
/*
int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
const pthread_attr_t *restrict attr,
void *(*start_routine)(void*), void *restrict arg);
*/ int g_num = ; void *start_routine(void *arg)
{
int i = ;
printf("I am thread. \n");
printf("g_num = %d\n", g_num);
printf("thread id = %lu\n", pthread_self()); for(i = ; i < ; i++)
{
printf("B");
fflush(stdout);
} printf("\n"); return NULL;
} int main()
{
pthread_t thread;
int i = ; g_num = ; pthread_create(&thread, NULL, start_routine, NULL); for(i = ; i< ; i++)
{
printf("A");
fflush(stdout);
}
printf("\n");
sleep(); return ;
}
结果如下：
上面的程序中，我们使用sleep等待，让子进程先运行，但是这不是根本的解决办法，我们使用pthread_join等待子线程退出，程序如下：
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
/*
int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
const pthread_attr_t *restrict attr,
void *(*start_routine)(void*), void *restrict arg);
*/ int g_num = ; void *start_routine(void *arg)
{
int i = ;
printf("I am thread. \n");
printf("g_num = %d\n", g_num);
printf("thread id = %lu\n", pthread_self()); for(i = ; i < ; i++)
{
printf("B");
fflush(stdout);
} sleep(); printf("\n"); return NULL;
} int main()
{
pthread_t thread;
int i = ; g_num = ; pthread_create(&thread, NULL, start_routine, NULL); for(i = ; i< ; i++)
{
printf("A");
fflush(stdout);
}
printf("\n"); pthread_join(thread, NULL); return ;
}
结果如下：
线程有两种死掉的方法，一个是自杀一个是他杀。
我们先用exit使子线程退出，程序如下：
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
/*
int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
const pthread_attr_t *restrict attr,
void *(*start_routine)(void*), void *restrict arg);
*/ int g_num = ; void *start_routine(void *arg)
{
int i = ;
printf("I am thread. \n");
printf("g_num = %d\n", g_num);
printf("thread id = %lu\n", pthread_self()); for(i = ; i < ; i++)
{
printf("B");
fflush(stdout);
} sleep(); printf("\n"); exit();
} int main()
{
pthread_t thread;
int i = ; g_num = ; pthread_create(&thread, NULL, start_routine, NULL); for(i = ; i< ; i++)
{
printf("A");
fflush(stdout);
}
printf("\n"); pthread_join(thread, NULL);
printf("child thread die\n"); return ;
}
结果如下：
我们发现子线程退出后，父进程没有打印出第54行的数据，说明子线程用exit退出后，父进程也挂了，相当于同归于尽。因此，线程退出千万不能用exit。
我们可以使用pthread_exit让线程死掉，程序如下：
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
/*
int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
const pthread_attr_t *restrict attr,
void *(*start_routine)(void*), void *restrict arg);
*/ int g_num = ; void *start_routine(void *arg)
{
int i = ;
printf("I am thread. \n");
printf("g_num = %d\n", g_num);
printf("thread id = %lu\n", pthread_self()); for(i = ; i < ; i++)
{
printf("B");
fflush(stdout);
} sleep(); printf("\n"); pthread_exit(NULL);
} int main()
{
pthread_t thread;
int i = ; g_num = ; pthread_create(&thread, NULL, start_routine, NULL); for(i = ; i< ; i++)
{
printf("A");
fflush(stdout);
}
printf("\n"); pthread_join(thread, NULL);
printf("child thread die\n"); return ;
}
执行结果如下：
可以看到第54行打印出来了。
线程他杀就是父进程调用pthread_cancel杀掉子线程，这个很少用。
父进程如果不想等待线程结束，可以让线程脱离这个进程运行，使用pthread_detach函数，程序如下：
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
/*
int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
const pthread_attr_t *restrict attr,
void *(*start_routine)(void*), void *restrict arg);
*/ int g_num = ; void *start_routine(void *arg)
{
int i = ;
pthread_detach(pthread_self());
printf("I am thread. \n");
printf("g_num = %d\n", g_num);
printf("thread id = %lu\n", pthread_self()); for(i = ; i < ; i++)
{
printf("B");
fflush(stdout);
} sleep(); printf("\n"); pthread_exit(NULL);
} int main()
{
pthread_t thread;
int i = ; g_num = ; pthread_create(&thread, NULL, start_routine, NULL); for(i = ; i< ; i++)
{
printf("A");
fflush(stdout);
}
printf("\n"); pthread_join(thread, NULL);
printf("child thread die\n"); return ;
}
结果如下：
一般在线程体函数中立即调用pthread_detach函数。
我们编译多线程程序时要加上 -lpthread，使用ldd可以查看程序用了哪些动态库，如下所示：
可以使用nm查看一个库中的函数（符号），如下：
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