线程概念

什么是线程

简介

图解

对于一个进程来说，他有独立的进程地址空间，如上图左侧0~4G的进程地址空间，且他有一个PCB进程控制块

而当该进程调用pthread_create()创建线程时，这个线程不会再有新的0~4G的进程地址空间，而是使用当前进程的地址空间，但是该线程会创建出一个自己的PCB控制块

而一旦一个进程创建出一个线程，该进程也叫做线程了，就相当于从一开始的整租->合租，虽然你是第一个租的，但由于有别人一起来租，你们俩就都叫合租

所以，进程是最小的内存的资源分配单位，而进程是最小的执行单位，可以把进程看做是一个只有一个线程的进程

关于线程影响单核CPU分配资源：

起初，我们有三个进程，这三个进程一开始是平等的，他们会平均的争夺CPU，而此时，如果A进程新建两个线程，一共三个线程，此时CPU就会把更多的时间片分给进程A，因为最小执行单元是线程而不是进程，所以，在CPU眼里，进程A的三个线程就是三个进程，他将平均的时间分配给进程A的三个线程时，就意味着把更多的时间片分配给了进程A

但是不要向一个进程内塞过多的线程，这样反而到达一定的峰值之后，物极必反

如下图，firefox的例子：

我们开启一个firefox时，可以使用ps -Lf pid 来查看当前进程的线程状态，可以看到，启动一次火狐，他就开了45个线程（利用线程池的原理），其中LWP列的编号为线程号，可以看到，线程号是继续上面的进程号的，所以，在CPU眼里，线程是最小的执行单元

总结：

内核原理

图解

先看右边，当进程地址空间向物理内存映射时，他的数据段与物理内存并不是直接通过MMU去映射，而是先映射到PCB中的一个“描述虚拟地址空间”的指针，之后再映射到MMU，然后再映射到物理内存地址

而右图中圆圈圈起来的那一步：即从PCB到物理内存的具体映射，看左边所示：
PCB有一根指针，之后该指针指向一个页面，页面指向页表，页表指向页目录，页目录就会映射物理地址
而此时如果创建一个线程，那么该线程就会创建出一个PCB，指向同样的页面，所以，一个进程中的线程的地址空间是共享的

而这里区分新创建的一个进程：

如果创建一进程而不是线程，那么此时就会被分配一块独立的资源，此时该进程的三级页表与之前进程的三级页表完全不同

总结：

线程共享资源与非共享资源

共享资源

1、文件描述符表共享
2、信号的处理方式共享，但是不同线程之间的mask是不共享的，因此可以利用这一点进行指定哪个线程接收信号
5、共享内存地址空间，但是不共享栈区（因为线程就是寄存器和栈的集合，每个线程有每个线程独立的栈空间）

非共享资源

2、处理器线程和内核栈：其实就是寄存器的值和内核的一个栈区
3、用户空间栈也不共享
所以，不管是内核还是用户空间栈，都不共享

4、errno，起初，errno变量是一个全局变量，但是对于线程来说，errno是不共享的，但是对于其他全局变量是共享的
5、信号屏蔽字mask

线程优缺点

对于优点的第三点：数据通信方便、共享数据方便，主要是由于不同的线程是在同一块资源地址空间内的，所以，对于数据来讲，除了栈不共享，其他区域数据都共享（全局变量区、堆区、…）

总结：

线程控制原语

pthread_self、pthread_create

简介

代码

我们称main函数中的线程是主线程
而之后创建的线程是子线程

在主线程中，我们使用pthread_create创建子线程，参数：
参数一：传出参数，表示所创建的子线程的线程ID（注意不是lwp中的线程号）
参数二：传入参数，表示线程属性，通常传NULL，表示使用线程的默认属性
参数三：线程运行函数，该函数返回值必须为void *，参数是一个指针
参数四：表示线程运行函数的参数，由于是使用泛型指针，所以传参时可以传单参，也可以多参（通过结构体指针）

这里我们先传NULL

返回值：成功：0，失败：返回errno（直接返回errno，而不是设置errno）

在线程运行函数中，同样的，我们打印线程的pid和tid

注意：
1、打印tid时，要使用%lu控制符，因为pthread_t是unsigned long类型
2、编译时，要加上-pthread选项，或者加上-lpthread（前面加小L），这是链接线程库
3、main函数创建完子线程之后，不能立马退出，因为所创建的线程要依赖于主线程的内存资源，主线程若结束，子线程的内存资源也就没了，所以可以让主线程sleep，晚结束一会儿，等子线程打印完之后，再结束，而在实习时，使用的是while，保证主线程不结束
4、子线程函数规定返回值必须为void *，所以我们return NULL

总结

循环创建多个子线程

错误代码

可以看到thread的编号都变成了6

错误分析：

由于线程是不共享栈的，所以，上面的代码中，我们取i的地址，而i是main函数的局部变量，所以，我们将i的地址传给线程函数后，线程函数会拿到一个main中局部变量的地址，解引用且拷贝其值，但是在线程解引用拷贝值的时候，i 已经 ++了，因为main中的for循环是一个无需任何资源介入，执行很快的动作，而线程调用需要进出内核，所以，在线程解引用拷贝值的时候，i 已经 ++了，甚至++了很多次

修改：

直接将值，转为void *,之后在线程函数中，再转回int
在64位系统中，int是4字节，指针是8字节，我们先将一个4字节的值给到一个8字节的变量存储，之后，再从这个8字节的变量强转为4字节的变量中存储，只要进的时候不会缺失数据，出的时候也不会，所以，是可行的，但是编译器可能会给出警告，但是是可以运行的

效果：

如果想要消除警告：

总结：

线程间全局变量共享

首先，主线程打印一下var变量的初始值

之后，创建子线程，在子线程中对全局变量进行修改，并打印，之后，主线程停一秒，目的是等待子线程执行完毕，最后，在主线程中打印一下当前var的值

效果：

pthread_exit

简介

最后一句话说的是不要返回局部变量的地址

代码

需求：假如说，我们想要第三个线程退出，而其他线程继续工作

方式一：

使用exit(0)，表示正常退出

效果：

第3个以及后面的线程没有输出，这是因为exit表示的是进程退出，整个进程被退出的话，所有的线程也会被退出

而exit之前，已经有两个线程输出，exit之后，所有线程退出，不再会有输出

方式二：

使用return

效果：

可以实现

方式三：

使用带有return NULL的一个函数，显然是不行的，因为return只返回当前函数，返回到上一级，上图return的功能只能影响到func函数，无法影响到tfn函数

效果：

修正：

但是如果所调用的函数中含有pthread_exit()，那么就可以影响到外层的线程，让线程退出，且仅退出线程，而不退出进程

效果：

当然我们直接将其放到线程函数才是最常规的：

补充：

现在来看我们之前的一个问题，就是主线程只创建一个子线程，但是，如果主线程不sleep，会在子线程执行打印之前，主线程return，将main函数返回给调用者，就会把进程结束，从而子线程无法打印内容

现在，我们将sleep(1)去除，同时将return改为pthread_exit((void *)0)，这样，主线程退出不再使用进程退出，而是使用线程退出，那此时主线程退出就不会把进程退出，那么子线程也可以继续执行自己的内容了

*注意要将整数0转为void ，或者直接退出NULL也可

效果：

主线程和子线程都打印了自己的内容，当所有线程结束时，进程也就结束了

总结：

pthread_join（回收线程）

简介

功能对标进程的话就是回收线程，类似于wait

原型：


参数一：进程ID，注意这里不是指针，而是值（区别于pthread_create）
参数二：传出参数，表示退出状态，

返回值：成功：0，失败：返回错误号

对比记忆：

对于进程来说，其进程退出的返回值是int，那么要传出其退出状态，就要用int *
那么对于线程来说，其线程退出的返回值是void 星，那么要传出其退出状态，就要用void 星星

所谓退出状态，实际上就是接收return 返回的数据

代码

在子线程中，开辟堆区数据，之后对其赋值，然后返回给主线程的pthread_join，返回值可以使用return ，也可以使用pthread_exit

在主线程中，创建出来子线程之后，使用join阻塞等待回收子线程，并拿到子线程的返回值，主要通过参数二来拿到子线程的返回值，所以这里join的参数二是一个传出参数，要注意其类型要与返回值类型对应，更具体的说，参数二要传入子线程返回值类型的地址，并转为void **

最后返回值会传到retuval指针中，我们操作指针即可

补充：线程返回值是一个数

由于返回值直接将74转为了void * ,也就是直接将74存在了指针变量里，而join的参数二仍然要求是返回值的指针类型，即返回类型的基础上再加一个指针

但是最后打印的时候，要记得retval存放的就是74，而不是74的地址，所以，直接打印retval即可

补充：局部变量不可行：

当子线程想要返回一个自己函数内的局部变量时，肯定是不行的，因为一旦离开子线程，该变量就会被释放，数据就会无效

补充：局部变量可行：

而如果是主线程的局部变量将地址传入子线程函数，在子线程函数中处理完之后再返回出来，那么就可以拿到，这样是没问题的

pthread_cancel

简介

代码

子线程中，循环打印，表示自己还活着

主线程创建出来子线程之后，等待5秒，之后就调用pthread_cancel(tid)，将子线程杀掉，这个就相当于进程中的kill

效果：

一级目录

二级目录

二级目录

二级目录

一级目录

二级目录

二级目录

二级目录

一级目录

二级目录

二级目录

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