Linux C编程--线程操作1--线程概述和简单的线程操作

古城微笑少年丶 2022-03-19 08:48 187阅读 0赞

**关于linux线程**

**在许多经典的操作系统教科书中, 总是把进程定义为程序的执行实例, 它并不执行什么, 只是维护应用程序所需的各种资源. 而线程则是真正的执行实体.  
为了让进程完成一定的工作, 进程必须至少包含一个线程. 如图1.  
  
进程所维护的是程序所包含的资源(静态资源), 如: 地址空间, 打开的文件句柄集, 文件系统状态, 信号处理handler, 等;  
线程所维护的运行相关的资源(动态资源), 如: 运行栈, 调度相关的控制信息, 待处理的信号集, 等;  
  
![3ae24db01049e37f092302a1.jpg][]  
  
然而, 一直以来, linux内核并没有线程的概念. 每一个执行实体都是一个task\_struct结构, 通常称之为进程. 如图2.  
  
进程是一个执行单元, 维护着执行相关的动态资源. 同时, 它又引用着程序所需的静态资源.  
通过系统调用clone创建子进程时, 可以有选择性地让子进程共享父进程所引用的资源. 这样的子进程通常称为轻量级进程.  
  
linux上的线程就是基于轻量级进程, 由用户态的pthread库实现的.  
使用pthread以后, 在用户看来, 每一个task\_struct就对应一个线程, 而一组线程以及它们所共同引用的一组资源就是一个进程.  
  
但是, 一组线程并不仅仅是引用同一组资源就够了, 它们还必须被视为一个整体.  
对此, POSIX标准提出了如下要求:  
1, 查看进程列表的时候, 相关的一组task\_struct应当被展现为列表中的一个节点;  
2, 发送给这个"进程"的信号(对应kill系统调用), 将被对应的这一组task\_struct所共享, 并且被其中的任意一个"线程"处理;  
3, 发送给某个"线程"的信号(对应pthread\_kill), 将只被对应的一个task\_struct接收, 并且由它自己来处理;  
4, 当"进程"被停止或继续时(对应SIGSTOP/SIGCONT信号), 对应的这一组task\_struct状态将改变;  
5, 当"进程"收到一个致命信号(比如由于段错误收到SIGSEGV信号), 对应的这一组task\_struct将全部退出;  
6, 等等(以上可能不够全);  
  
linuxthreads  
  
在linux 2.6以前, pthread线程库对应的实现是一个名叫linuxthreads的lib.  
linuxthreads利用前面提到的轻量级进程来实现线程, 但是对于POSIX提出的那些要求, linuxthreads除了第5点以外, 都没有实现(实际上是无能为力):  
1, 如果运行了A程序, A程序创建了10个线程, 那么在shell下执行ps命令时将看到11个A进程, 而不是1个(注意, 也不是10个, 下面会解释);  
2, 不管是kill还是pthread\_kill, 信号只能被一个对应的线程所接收;  
3, SIGSTOP/SIGCONT信号只对一个线程起作用;  
  
还好linuxthreads实现了第5点, 我认为这一点是最重要的. 如果某个线程"挂"了, 整个进程还在若无其事地运行着, 可能会出现很多的不一致状态. 进程将不是一个整体, 而线程也不能称为线程.  
或许这也是为什么linuxthreads虽然与POSIX的要求差距甚远, 却能够存在, 并且还被使用了好几年的原因吧~  
但是, linuxthreads为了实现这个"第5点", 还是付出了很多代价, 并且创造了linuxthreads本身的一大性能瓶颈.  
  
接下来要说说, 为什么A程序创建了10个线程, 但是ps时却会出现11个A进程了. 因为linuxthreads自动创建了一个管理线程. 上面提到的"第5点"就是靠管理线程来实现的.  
当程序开始运行时, 并没有管理线程存在(因为尽管程序已经链接了pthread库, 但是未必会使用多线程).  
程序第一次调用pthread\_create时, linuxthreads发现管理线程不存在, 于是创建这个管理线程. 这个管理线程是进程中的第一个线程(主线程)的儿子.  
然后在pthread\_create中, 会通过pipe向管理线程发送一个命令, 告诉它创建线程. 即是说, 除主线程外, 所有的线程都是由管理线程来创建的, 管理线程是它们的父亲.  
于是, 当任何一个子线程退出时, 管理线程将收到SIGUSER1信号(这是在通过clone创建子线程时指定的). 管理线程在对应的sig\_handler中会判断子线程是否正常退出, 如果不是, 则杀死所有线程, 然后自杀.  
那么, 主线程怎么办呢? 主线程是管理线程的父亲, 其退出时并不会给管理线程发信号. 于是, 在管理线程的主循环中通过getppid检查父进程的ID号, 如果ID号是1, 说明父亲已经退出, 并把自己托管给了init进程(1号进程). 这时候, 管理线程也会杀掉所有子线程, 然后自杀. 那么, 如果主线程是调用pthread\_exit主动退出的呢? 按照posix的标准，这种情况下其他子线程是应该继续运行的. 于是, 在linuxthreads中, 主线程调用pthread\_exit以后并不会真正退出, 而是会在pthread\_exit函数中阻塞等待所有子线程都退出了, pthread\_exit才会让主线程退出. (在这个等等过程中, 主线程一直处于睡眠状态.)  
  
可见, 线程的创建与销毁都是通过管理线程来完成的, 于是管理线程就成了linuxthreads的一个性能瓶颈.**

**创建与销毁需要一次进程间通信, 一次[上下文切换][Link 1]之后才能被管理线程执行, 并且多个请求会被管理线程串行地执行.**

**注：以上的这些描述来自[百度空间][Link 2]\--**

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**线程管理初步**

**1.创建线程和结束线程**

**首先，我们需要了解下线程的引用标示符--pthread\_t,这是一个命名别名，完整的定义如下：**

**typedef unsigned long int pthread\_t;**

**下面介绍关于线程操作的相关系统函数**

**线程标识**

**　　线程ID**

**　　　　•进程ID在整个系统中是唯一的**

**　　　　•线程ID只在它所属的进程环境中有效**

**函数: pthread\_self()**

![2012040513254898.jpg][]

**线程标识**

**　　pthread\_t类型通常用结构来表示**

**　　•不能把它作为整数处理**

**　　　　–Linux使用无符号长整数表示**

**　　•为了移植，使用函数来比较线程ID**

**函数: pthread\_equal()**

![2012040513305667.jpg][]

**创建线程**

**　　•调用该线程函数的入口点**

**　　•使用函数pthread\_create()，线程创建后，就开始运行相关的线程函数**

![2012040514044318.jpg][]

#  #

退出线程

•在线程函数运行完后，该线程也就退出了

•或使用函数pthread\_exit()，这是线程的主动行为

•不能使用exit()

![2012040514044920.jpg][]

使调用进程终止，所有线程都终止了

等待线程

•由于一个进程中的多个线程是共享数据段的，通常在线程退出之后，退出线程所占用的资源并不会随着线程的终止而得到释放

•pthread\_join()函数

类似进程的wait()/waitpid()函数，用于将当前线程挂起来等待线程的结束

是一个线程阻塞的函数，调用它的线程一直等待到被等待的线程结束为止

函数返回时，被等待线程的资源就被收回

![2012040518593023.jpg][]

取消线程

•在别的线程中要终止另一个线程

•pthread\_cancel()函数

•被取消的线程可以设置自己的取消状态

–被取消的线程接收到另一个线程的取消请求之后，是接受还是忽略这个请求

–如果接受，是立刻进行终止操作还是等待某个函数的调用等

![2012040519003125.jpg][]

#     #

**下面给出两个实例说明上述函数的用法。**

1.程序中使用两个线程，一个打印自己的线程ID和”Hello“，一个打印自己的线程ID和”World“

#include <stddef.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>void print_msg(char *ptr);int main(){ pthread_t thread1, thread2; int i,j; char *msg1="Hello\n"; char *msg2="World\n"; pthread_create(&thread1,NULL, (void *)(&print_msg), (void *)msg1); pthread_create(&thread2,NULL, (void *)(&print_msg), (void *)msg2); sleep(1); return 0;}void  print_msg(char *ptr){ int retval; int id=pthread_self(); printf("Thread ID: %lx\n",id);   printf("%s",ptr); pthread_exit(&retval);}

**这个程序并不完善，其中包含许多线程同步的问题需要解决。**

用gcc编译多线程程序时，必须与pthread函数库连接，在终端下编译需要使用如下的命令

gcc -lpthread -o brucethread brucethread.c

2.pthread\_join函数的使用

#include <stddef.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>void print_msg(char *ptr);int main(){ pthread_t thread1, thread2; int i,j; void *retval; char *msg1="Hello\n"; char *msg2="World\n"; pthread_create(&thread1,NULL, (void *)(&print_msg), (void *)msg1); pthread_create(&thread2,NULL, (void *)(&print_msg), (void *)msg2); pthread_join(thread1,&retval); pthread_join(thread2,&retval); return 0;}void  print_msg(char *ptr){ int i; for(i=0;i<10000;i++)   printf("%s",ptr);}

**在两个线程结束运行后，主进程才退出执行。**

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[2012040513305667.jpg]: /images/20220319/cabbc0c3e3b2464bb6b791ea76beb698.png
[2012040514044318.jpg]: /images/20220319/dce2bd40935b4e798d5f1adfa71f73b1.png
[2012040514044920.jpg]: /images/20220319/e8e7f84abb364ff3bec74dedc7f107fd.png
[2012040518593023.jpg]: /images/20220319/fc69415cf1a44b6eb341b7dc7d5b8baf.png
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