Linux下的线程控制

灰太狼 2022-07-12 08:21 182阅读 0赞

首先大家可以看看这篇文章，这篇文章对进程和线程的关系做了生动的讲解：  
[http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes\_and\_threads.html][http_www.ruanyifeng.com_blog_2013_04_processes_and_threads.html]

## 什么是进程 ##

前面我们学习了进程的相关知识，现在我们先来做以下回顾。  
**进程**：进程是指在系统中能够独立运行并作为资源分配的基本单位，它是由一组机器指令、数据和堆栈等组成，并且每一个进程都有一个**进程控制块PCB**,在Linux下被称为task\_struct；另外每个进程还有一个独立的地址，它和物理内存通过页表联系在一起。

## 什么是线程 ##

**线程**：线程是进程的一个部分，它在进程的地址空间上运行，和主线程一起共享虚拟地址空间的资源，一个没有线程的进程可以看做是单线程，线程主要是作为系统调度和分派的基本单位，Linux下没有线程的概念，系统将线程看做轻量级进程，这里的轻量级是因为线程没有自己独立的地址空间和相关数据结构。

## 进程和线程的区别 ##

1.首先比较重要的一点是，进程是拥有**系统资源的一个独立单位**，而线程不能拥有资源，但它可以访问创建它的进程中的资源。  
2.任一时刻，cpu只能运行一个进程，其他进程则处于非运行状态，而任一时刻，线程可以同时执行，还可以协同完成一项任务，这是线程的并发性。  
3.当我们创建一个进程时，系统通过写时拷贝的方式给被创建的进程分配了地址空间和相关数据结构，而当我们创建一个线程时，这个线程会和当前进程中的其他线程一起共享地址空间中的资源。

## 线程之间的共享和私有资源 ##

首先，各个进程之间共享同一个**虚拟地址空间**，所以，它的文本段和数据段都是共享的，另外，各个线程还共享文件描述符表，还有用户id和用户组，但是有些资源各个线程之间也不是相互共享的，例如：线程id、硬件上下文（PC指针，各个寄存器变量的值，还有栈指针等等）、栈空间、调度优先级。  
下面我们写一个例子来验证一下：  
![这里写图片描述][SouthEast]

## 线程标识 ##

进程ID在整个系统中是唯一的，但是线程ID不同，线程ID只有在它所属的进程上下文中才有意义。  
线程ID是用pthread\_t数据类型来表示的；

pthread_t pthread_self(void) //用来获得当前线程的ID的函数

## 线程创建 ##

新的线程可以通过调用pthread\_create函数创建，

int pthread_create (pthread_t *restrict tidp,const pthread_attr_t *restrict attr, void* (*start_rtn)(void*),void* restrict arg);

当pthread\_create成功返回时，新创建的线程的线程ID会被设置成tidp指向的内存单元。  
**attr**参数用于定制各种不同的**线程属性**，当使用默认属性时该参数设置为NULL即可。  
新创建的线程从**start\_rtn**指向的函数开始运行。该函数只有一个无参类型指针arg，可以传入任何类型的参数，如果要传入多个参数需要放到结构体中；  
pthread\_create函数在调用失败时会返回错误码;注意在pthread.h的头文件中，大部分函数返回值都被设置为**成功返回0，失败则返回错误码errno**这种形式。

## 线程终止 ##

单个线程可以以下面三种方式退出：  
1. 线程可以简单的从启动例程中返回，因此可以在不终止整个进程的情况下，停止它的控制流。  
2. 线程可以被**同一进程**中的其他线程取消。  
3. 线程调用pthread\_exit函数。

void pthread_exit(void* rval_ptr);

**rval\_ptr**：参数是一个无类型的指针，相当于线程的退出码，与传给启动例程的单个参数类似。进程中的其他线程可以调用**pthread\_join**来访问到这个指针。

int pthread_join(pthread_t thread,void** rval_ptr/**));
    
    //返回值：若成功，返回0，若失败，返回错误编号

调用了该函数的线程将一直阻塞，直到指定的线程调用pthread\_exit或从启动线程中返回。如果线程简单地从它的启动例程中返回，**rval\_ptr**就包含返回码；  
如果线程被取消(**pthread\_excl**)，由rval\_ptr指定的内存单元会被设置为**PTHREAD\_CANCELED**,如果对线程返回值不感兴趣，则可以将rval\_ptr设置为NULL；（**PTHREAD\_CANCELED在头文件中被设置为-1**）

## 取消线程 ##

int pthread_cancel(pthread_t tid)
     //成功返回0，失败则返回错误编号

线程可以调用该函数来请求取消**同一进程中**的其他线程，被取消的线程的退出码会被设置为**PTHREAD\_CANCELED**.

\#\# 线程清理程序

void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void*),void *arg);
       **rtn**:是一个指向线程清理函数的函数指针，可以向清理函数传递参数.

pthread\_cleanup\_push在什么情况下被调用：  
1.当调用pthread\_exit时，（注意pthread\_exit要放在pthread\_cleanup\_pop之前）  
2.响应取消请求时，  
3.用非零execute参数调用**pthread\_cleanup\_pop**时才会响应清理函数请求。

**注意**：  
1.线程函数如果在pthread\_clean\_push和pthread\_clean\_pop之间返回时会产生未定义的后果，可以在两函数之间pthread\_exit.  
2.pthread\_cleanup\_push和pthread\_cleanup\_pop两个函数要相互匹配使用。

下面我们对线程清理程序做个测试：  
1.在线程函数中返回：  
![这里写图片描述][SouthEast 1]

--------------------

2.调用pthread\_exit函数：  
![这里写图片描述][SouthEast 2]

--------------------

3.调用pthread\_cleanup\_pop(0):  
![这里写图片描述][SouthEast 3]

--------------------

另外，还可以通过在其他线程中调用pthread\_cancel函数，或者在线程执行函数中调用execute不为0的pthread\_cleanup\_pop函数来达到调用线程清理函数的效果。

--------------------

下面附上测试代码：

/*************************************************************************
        > File Name: Pthread.c
        > Author: LZH
        > Mail: www.597995302@qq.com 
        > Created Time: 2017年02月17日 星期五 05时35分49秒
     ************************************************************************/
    
    #include <stdio.h>
    #include <pthread.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    
    
    void CleanPthread(void* arg)
    {
       printf("I am in CleanPthread...\n");
       printf("tid::%d,cleanning...\n",pthread_self());
    }
    
    void* Func(void* arg)
    {
        int count=3;
        pthread_cleanup_push(CleanPthread,NULL); //clean new pthread
        while(count--){
            printf("I am new thread...,tid%d,pid:%d\n",pthread_self(),getpid());
            sleep(1);
        }
        sleep(5);
        pthread_cleanup_pop(0);
        printf("The End..\n");
        //return (void*) 0;
    }
    
    int main()
    {
        pthread_t tid=0;
        int* status=0;
        int ret=pthread_create(&tid, NULL,Func,(void*)&status);
        if(ret < 0){
            perror("pthread_create..\n");
            return -1;
        }
    
        int count=3;
        while(count--)
        {
            printf("I am main pthread,tid:%d,pid:%d\n",pthread_self(),getpid());
            sleep(1);
        }
        //pthread_cancel(tid);
        sleep(3);
        void *r_val;
        ret=pthread_join(tid,&r_val);
        printf("PTHREAD_CANCELED:%d\n",PTHREAD_CANCELED);
        printf("ret code:%d,ret=%d\n",(long)r_val,ret);
        return 0;
    }

[http_www.ruanyifeng.com_blog_2013_04_processes_and_threads.html]: http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes_and_threads.html
[SouthEast]: /images/20220710/4c5426fee2fd42bb9bbe83a533e43f06.png
[SouthEast 1]: /images/20220710/e93d9d3cf41f4c88a0a45457bcaa55e5.png
[SouthEast 2]: /images/20220710/73407ef7c89f42cc80f2ffffceebd7d2.png
[SouthEast 3]: /images/20220710/132395f49ce7498e83005eb1610d65f3.png