多线程编程学习::POSIX 多线程基础（二）

线程建立与使用

创建线程

• 通过 pthread_create() 函数创建线程
  • 向该函数传递线程函数地址和线程函数参数
  • 线程函数只有一个 void* 参数
  • 该函数返回 pthread_t 类型的线程ID
• 一般调用该函数创建线程，然后调用 pthread_join() 函数等待线程结束
  • 在当前线程从函数 pthread_create() 中返回以及新线程被调度执行之间不存在同步关系
  • 新线程可能在当前线程从 pthread_create() 返回值前就运行了
  • 或在当前线程从 pthread_create() 返回之前，新线程就可能已经运行完毕了

pthread_join()

• 阻塞其调用者直到指定线程终止，然后可以选择地保存线程的返回值
• 当 pthread_join() 调用返回时，被连接线程就已经被分离(detached)，再也不能连接该线程了
• 如果连接(joining)线程不关心返回值，或者它知道被连接(joined)的线程根本不返回任何值，则可向 pthread_join() 的 &retval 参数传递 NULL，此时，被连接线程的返回值将被忽略

初始线程

• C 程序运行时，首先运行 main() 函数，main() 函数所在线程称为初始线程或主线程
• 初始线程可调用 pthread_self() 获得其 ID，也可调用 pthread_exit() 来终止自己
• 从 main() 返回将导致进程终止，也将使进程内所用线程终止
• 在 main() 中调用 pthread_exit()，这样进程就必须等待所有线程结束后才能终止
• 若初始线程将其 ID 保存在一个其他线程可以访问的空间，则其他线程就可以等待初始线程的终止或者分离初始线程

线程分离

• 分离一个正在运行的线程不会对线程带来任何影响，仅仅是通知系统当该线程结束时，其所属资源可以被回收
• 分离线程意味着通知系统不再需要此线程，允许系统将分配给它的资源回收
• 一个没有被分离的线程终止时会保留其虚拟内存，包括堆栈和其他系统资源

线程生命周期

在任意时刻，线程处于下表的四个基本状态之一。

状态说明就绪 ready线程能够运行，但在等待可用的处理器

• 可能刚刚启动
• 或刚刚从阻塞中恢复
• 或被其他线程抢占

运行 running线程正在运行；在多处理器系统中，可能有多个线程处于运行状态阻塞 blocked线程由于等待处理器外的其他条件无法运行，如条件变量的改变、加锁互斥量或IO操作结束终止 terminated不是被分离，也不是被连接，一旦线程被分离或者连接，它就可以被回收

• 线程从起始函数中返回
• 或调用pthread_exit
• 或被取消，终止自己并完成所有资源清理工作

线程状态转换如下图。

说明

• 线程开始处于就绪状态
• 当线程运行时，它调用特定的起始函数
• 它可能被其他线程抢占，或者因等待外来事情而阻塞自己
• 最终线程完成工作，或者从起始函数返回，或者调用 pthread_exit 函数，即进入终止状态
• 如果线程已被分离，则它立刻被回收重用；否则，线程停留在终止状态直到被分离或被连接

就绪态

• 线程刚被创建时
• 线程被解除阻塞再次可以运行时
• 运行线程被抢占时，如时间片到

被阻塞

• 试图加锁一个已经被锁住的互斥量
• 等待某个条件变量
• 调用 singwait 等待信号
• 执行无法立即完成的 IO 操作
• 内存页错误之类的系统操作

初始线程(main()函数所在线程)与普通线程区别

• 初始线程的启动函数 main() 是从程序外部调用的；如 crt0.o 文件复制初始化进程并调用 main() 函数；而普通线程的启动函数及其运行参数均由 pthread_create() 函数创建线程时传入，且由 CPU 调度的
• main()函数的参数是 argc 和 argv；普通线程的参数是 void*，且由 pthread_create() 函数传入
• 若普通线程从启动函数中返回，则线程终止，而其他线程依然可以运行；但初始线程从 main() 返回时，进程终止，进程内所有线程也被终止
• 若希望在初始线程终止时，进程中的其他线程继续执行，则需要在初始线程调中调用 pthread_exit() 而非从 main() 返回
• 大多数系统，初始线程运行在默认进程堆栈上，该堆栈可以增长到足够尺寸；而某些实现中，普通线程的堆栈空间是受限的
• 如果线程堆栈溢出，则程序会出现段错误

线程睡眠原因

• 被阻塞，需要的某个资源不可用
• 被抢占，即系统将处理器分配给其他线程

pthread_join() 的详细解释

• 用来等待一个线程的结束；
• 是一个线程阻塞函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止
• 如，主线程调用 pthread_join() 等待它创建的线程运行结束，即主线程调用该函数后会被阻塞
• 当函数返回时，被等待的线程的资源被回收
• 若此时新线程没有运行，则它将在主线程被阻塞后从就绪态进入运行态；当新线程运行完毕并返回时，主线程才会被解除阻塞，返回就绪态；当处理器可用时，主线程或立即执行或等到创建的线程终止后重新运行直到结束

线程终止

• 一般地，线程从启动函数返回来终止自己
• 当调用 pthread_exit() 退出线程或者调用 pthread_cancel() 取消线程时，线程在调用每个清理过程后也进入终止状态
• 清理过程又线程通过 pthread_cleanup_push() 注册，且尚未通过 pthread_cleanup_poo() 删除

Linux 系统僵尸线程

• 如果线程已经被分离，则会被回收；否则，线程处于终止状态，仍然可以被其他线程调用 pthread_join() 连接
• 这种线程被称为僵尸线程，像 Uni 系统中的进程已经结束但还没有被一个 wait/waitpid 调用回收一样，即使已经死了但还存在
• 僵尸线程可能会保留其运行时的大部分甚至所有资源，因此不应该让线程长时间处于这种状态；当创建不需要连接的线程时，应该使用 detachstate 属性建立线程使其自动分离

线程回收

• 如果使用 detachstate 属性(即设置属性为 PTHREAD_CREATE_DETACH )建立线程，或者调用 pthread_detach() 分离线程，则当线程结束时将被立刻回收
• 如果终止线程没有被分离，则它将一直处于终止状态直到被分离(通过 pthread_detach )或者被连接(通过 pthread_join)
• 线程一旦被分离，就不能再访问它
• 回收将释放所有在线程终止时未释放的系统和进程资源，包括
• 保存线程返回值的内存空间、堆栈
• 保存寄存器状态的内存空间
• 实际上线程终止时上述资源就不能被访问了
• 一旦线程被回收，线程ID就无效了，不能再连接、取消或者执行其他任何操作
• 终止线程ID可能被分给新线程