Linux线程的概念及线程的控制

线程分为主线程和新线程，谁先运行是随机的，由调度器决定。
线程强调资源共享，进程强调资源独占。
但有些资源是每个线程各有一份的：线程id；上下文,包括各种寄存器的值、程序计数器和栈指针；栈空间；errno变量；信号屏蔽字；调度优先级。
线程共享资源：⽂件描述符表、每种信号的处理⽅式、当前工作⽬录、用户id和组id
线程库函数pthread是由POSIX标准定义的，在Linux下线程函数位于libpthread共享库中,因此在编译时要加上-lpthread选项。
线程与进程的区别：
进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，线程是CPU调度和分派的基本单位；
Linux下，没有真正意义的线程，Linux下的线程是用进程模拟的；
线程是进程内部的执行流，在进程的地址空间内运行。
线程的控制：
1、创建线程

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#include<string.h>void* thread_run(void* arg){  int i=0;   while(i++<5)  {  printf("newthread,  tid: %lu  pid: %d \n",pthread_self(),getpid());  sleep(1);  }  return NULL;}int main(){    pthread_t id;    int ret=pthread_create(&id,NULL,thread_run,NULL);    if(ret!=0)    {      perror("pthread_create");      printf("%s",strerror(ret));      return 1;    }    int i=0;    while(i++<5)    {    printf("mainthread,  tid: %lu  pid: %d \n",pthread_self(),getpid());    sleep(3);    }    return 0;}

运行结果：

2、线程的等待及终止线程
a、从线程函数return,这种方法对主线程不适用，从main函数return相当于exit。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#include<string.h>void* thread_run(void* arg){  int i=0;   while(i++<5)  {  printf("newthread,  tid: %lu  pid: %d \n",pthread_self(),getpid());  sleep(1);  }  return (void*)10;}int main(){    pthread_t id;    int ret=pthread_create(&id,NULL,thread_run,NULL);    if(ret!=0)    {      perror("pthread_create");      printf("%s",strerror(ret));      return 1;    }    int i=0;    while(i++<5)    {    printf("mainthread,  tid: %lu  pid: %d \n",pthread_self(),getpid());    sleep(3);    }    void* val;    pthread_join(id,&val);    printf("newthread was return,tid:%lu ,pid:%d exit code is:%d\n",pthread_self(),getpid(),(int)val);    return 0;}

运行结果：

b、⼀个线程可以调⽤pthread_cancel终⽌同⼀进程中的另一个线程

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#include<string.h>void* thread_run(void* arg){  int i=0;   while(i++<5)  {  printf("newthread,  tid: %lu  pid: %d \n",pthread_self(),getpid());  sleep(1);  }  //return (void*)10;}int main(){    pthread_t id;    int ret=pthread_create(&id,NULL,thread_run,NULL);    if(ret!=0)    {      perror("pthread_create");      printf("%s",strerror(ret));      return 1;    }    int i=0;    while(i++<5)    {    printf("mainthread,  tid: %lu  pid: %d \n",pthread_self(),getpid());    sleep(3);    }    pthread_cancel(id);    void* val;    pthread_join(id,&val);    printf("newthread was return,tid:%lu ,pid:%d exit code is:%d\n",pthread_self(),getpid(),(int)val);    return 0;}

运行结果：

c、线程可以调用pthread_exit终⽌⾃己

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#include<string.h>void* thread_run(void* arg){  int i=0;   while(i++<5)  {  printf("newthread,  tid: %lu  pid: %d \n",pthread_self(),getpid());  sleep(1);  }  //return (void*)10;  pthread_exit((void*)18);}int main(){    pthread_t id;    int ret=pthread_create(&id,NULL,thread_run,NULL);    if(ret!=0)    {      perror("pthread_create");      printf("%s",strerror(ret));      return 1;    }    int i=0;    while(i++<5)    {    printf("mainthread,  tid: %lu  pid: %d \n",pthread_self(),getpid());    sleep(3);    }    //pthread_cancel(id);    void* val;    pthread_join(id,&val);    printf("newthread was return,tid:%lu ,pid:%d exit code is:%d\n",pthread_self(),getpid(),(int)val);    return 0;}

运行结果：

3、线程分离
在任何一个时间点上，线程是可结合的（joinable）或者是分离的（detached）。一个可结合的线程能够被其他线程收回其资源和杀死。在被其他线程回收之前，它的存储器资源（例如栈）是不释放的。相反，一个分离的线程是不能被其他线程回收或杀死的，它的存储器资源在它终止时由系统自动释放。
默认情况下，线程被创建成可结合的。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#include<string.h>void* thread_run(void* arg){  /*int i=0;   while(i++<5)  {  printf("newthread,  tid: %lu  pid: %d \n",pthread_self(),getpid());  sleep(1);  }  return (void*)10;  pthread_exit((void*)18);*/  pthread_detach(pthread_self());  printf("%s\n",(char*)arg);  return NULL;}int main(){    pthread_t id;    int ret=pthread_create(&id,NULL,thread_run,"thread1 run...");    if(ret!=0)    {      perror("pthread_create");      printf("%s",strerror(ret));      return 1;    }    /*int i=0;    while(i++<5)    {    printf("mainthread,  tid: %lu  pid: %d \n",pthread_self(),getpid());    sleep(3);    }    pthread_cancel(id);    void* val;    pthread_join(id,&val);    printf("newthread was return,tid:%lu ,pid:%d exit code is:%d\n",pthread_self(),getpid(),(int)val);*/    int m=0;    sleep(1);    if(pthread_join(id,NULL)==0)    {      printf("pthread wait success!\n");      return 0;    }    else     {       printf("pthread wait failed!\n");       return 1;     }        return m;}

运行结果：

4、线程同步与互斥
多个线程同时访问共享数据时可能会冲突,比如两个线程都要把某个全局变量增加1,这个操作在某平台需要三条指令完成:
1. 从内存读变量值到寄存器
2. 寄存器的值加1
3. 将寄存器的值写回内存
假设两个线程在多处理器平台上同时执行这三条指令,则可能导致最后变量只加了⼀次⽽非两次。
创建两个线程,各⾃把count增加5000次,正常情况下最后count应该等于10000,但事实上每次运行该程序的结果都不⼀样,有时候数到5000多,有时候数到6000多。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#include<string.h>int count=0; void* thread_run(void* arg){  int i=5000;  int val=0;  while(i--)  {  int val=count;  printf("newthread,  tid: %lu  count is: %d \n",pthread_self(),count);  count=val+1;  }  return 0;}int main(){  pthread_t tid1;  pthread_t tid2;  pthread_create(&tid1,NULL,thread_run,NULL);  pthread_create(&tid2,NULL,thread_run,NULL);  pthread_join(tid1,NULL);  pthread_join(tid2,NULL);  printf("count is %d\n",count);  return 0;}

运行结果：

对于多线程的程序,访问冲突的问题是很普遍的,解决的办法是引入互斥锁(Mutex,MutualExclusive Lock),获得锁的线程可以完成“读-修改-写”的操作,然后释放锁给其它线程,没有获得锁的线程只能等待而不能访问共享数据,这样“读-修改-写”三步操作组成一个原子操作,要么都执行,要么都不执⾏,不会执行到中间被打断,也不会在其它处理器上并行做这个操作。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#include<string.h>pthread_mutex_t mutex_lock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//申请互斥锁int count=0; void* thread_run(void* arg){  int i=5000;  int val=0;  while(i--)  {  pthread_mutex_lock(&mutex_lock);//加锁  int val=count;  printf("newthread,  tid: %lu  count is: %d \n",pthread_self(),count);  count=val+1;  pthread_mutex_unlock(&mutex_lock);//解锁  }  return 0;}int main(){  pthread_t tid1;  pthread_t tid2;  pthread_create(&tid1,NULL,thread_run,NULL);  pthread_create(&tid2,NULL,thread_run,NULL);  pthread_join(tid1,NULL);  pthread_join(tid2,NULL);  printf("count is %d\n",count);  return 0;}

运行结果：