Linux多线程

程序猿本员
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基础知识

本质上是进程，被称为轻量级进程，使用ps -Lf 进程号来查询进程中的线程，每个进程至少一个线程（用于调度）

  1. 进程是分配资源的单位，线程是调度的基本单位，同一个进程之间的线程共享堆内存、全局变量(函数) 和 文件描述符，另外还有信号处理函数
  2. task_struct中有如下结构 
    pid_t pid;  //此其实是**LWP/TID**
pid_t tgid; //此才是os原理中的pid,线程组编号
    getpid()返回的是tgid，gettid()返回的才是pid，使用ps获得的PID都是tgid
  3. 主线程pid和tgid相等，创建的线程也有PCB，且其中的tgid等于主线程的tgid，pid为内核分配，可以使用gettid()或ps -Lf获得;
  4. 线程可以看作寄存器和栈的集合
  5. 线程对于信号是争夺的，谁先获得信号就谁处理，但是对于信号阻塞集，每个线程是可以单独设置的；不推荐在线程中使用信号
  6. 线程中如果创建进程，除非立马使用exec()，在子进程中其余线程会直接终止
  7. 如果线程中调用exit()，会退出整个进程
  8. 主线程如果直接使用return退出，则整个进程都终止，导致线程全部关闭，正确做法是使用pthread_exit()退出主线程；
  9. 线程分为可连接和已分离两种状态，可连接线程退出后，需要手动释放资源pthread_join()，而进程退出后，会自动释放资源，并保留PCB父进程读取退出状态后释放；如果是已分离线程退出，则会自动释放资源

操作函数

#include <pthread.h>

pthread_self()

  1. 对应进程的getpid(),注意返回的是pthread_t类型，unsigned long类型，输出使用%lu；
  2. 返回的 ID 由线程库（如 glibc）维护，仅在当前进程内唯一，LWP是全局唯一的，两者不同；

pthread_create()

对应进程的fork()

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

参数解析

  • thread：传出参数，存储新线程的 ID（pthread_t 类型） ，与fork()返回方式不同

  • attr：线程属性（如栈大小、调度策略），通常设为 NULL 使用默认属性 

  • start_routine：线程入口函数，格式为 void* func(void*) 

  • arg：传递给入口函数的参数，可传递值或结构体地址，注意类型是void *，如果同时创建多个线程，如果传递地址则会导致数据共享

返回值：成功返回0，失败返回错误码

pthread_exit()

类似于exit()

void pthread_exit(void *retval);

参数解析

  • retval：线程退出状态，可由 pthread_join() 获取。若无需返回值，设为 NULL，注意状态返回的是指针，故主线程中也需要使用指针变量来接受

pthread_join()

等价于wait()

int pthread_join(pthread_t thread,void **retval);

参数解析

  • thread：目标线程的 ID。
  • retval：接收线程退出状态的指针。若不需要状态，设为 NULL，注意是指针的指针，因为需要接受指针变量

注意事项

  • 僵尸线程：未回收的线程会占用资源，必须调用 pthread_join() 或设置分离属性 

  • 错误处理：

    • ESRCH：目标线程不存在。
    • EINVAL：目标线程已分离。
    • EDEADLK：死锁（如等待自身）

pthread_cancel()

类似于kill()，但并不是发送系统信号，向目标线程发送取消请求，目标进程是否取消要根据设置来决定；取消后也需要使用pthread_join()来回收PCB

int pthread_cancel(pthread_t thread);

  • 取消状态（由pthread_setcancelstate控制）：

    • PTHREAD_CANCEL_ENABLE（默认）：线程接受取消请求。
    • PTHREAD_CANCEL_DISABLE：忽略取消请求。

  • 取消类型（由pthread_setcanceltype控制）：

    • 延迟取消（PTHREAD_CANCEL_DEFERRED，默认）：线程需运行到 取消点（如系统调用或显式调用pthread_testcancel()）才会响应请求。
    • 异步取消（PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS）：线程可在任意指令位置被终止，但可能导致资源泄漏

pthread_detach()

将线程设置为分离状态，使其终止后自动释放资源，不需要再调用pthread_join()

int pthread_detach(pthread_t thread);

注意事项

  1. 主线程不要使用return退出，而是使用pthread_exit();
  2. 避免僵尸线程：
  • pthread_join（但是其实Linux会自动回收，不掉也不会产生僵尸线程，只是为了方便迁移程序才需要调用）
  • pthread_detach
  • pthread_create指定分离属性: 
    pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED);
pthread_create(&tid,&attr,tfn,NULL);

3.malloc和mmap申请的内存可以被其他线程释放；

锁

内容太多且多进程也涉及，故放置于下一章节

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