linux下的多线程

多线程：包括线程概念/线程控制/线程安全/线程基本应用

多任务处理：多创建几个进程，一个进程就有一个pcb，能够串行化的完成一个任务，在一个进程中多创建几个pcb，pcb是调度程序运行的描述，有多少个pcb就有多少个执行流程，

什么是线程？

线程是一个进程内部的控制序列，线程是进程中的一条执行流，在linux下通过pcb实现，因此实际上linux下的线程就是一个pcb，并且linux下的pcb共用一个虚拟地址空间，相较于传统pcb更加轻量化，也被称之为轻量级进程。

多线程是同时处理，只有一个虚拟地址空间，多进程各有各的虚拟地址空间和执行代码段。

进程是操作系统资源分配的基本单位；（操作系统会为一个程序的运行分配所需的所有资源）

线程是cpu调度的基本单位。

linux下的进程其实是一个线程组，一个进程中可以有多个线程（多个pcb），线程是进程中的一条执行流。一个进程中至少会有一个线程。

创建线程会伴随在内核中创建一个pcb来实现程序的调度，作为进程中的一条执行流。

进程就是多个线程的一个合集，并且这个进程中的所有pcb共用进程中的大部分资源（程序运行时，操作系统为程序运行所分配的所有资源）。

线程之间的独有与共享：

独有：标识符，寄存器，信号屏蔽字，优先级。

共享：虚拟地址空间（代码段/数据段），文件描述符表（IO信息），信号处理的回调函数（SIG_IGN忽略、SIG_DFL默认或自定义），当前工作目录，用户id和组id。

为什么信号是先注销，再处理？

信号时针对整个进程通知事件进行处理的，但是一个信号只需要被处理一次就够了，然而一个进程会有多个执行流，到底谁处理这个事件（谁拿到时间片，谁就能处理），有的线程不希望操作被打断，就可以屏蔽这个信号。

使用vfork创建一个子进程；父子进程共用同一个虚拟地址空间，但是父进程会阻塞（父进程阻塞的原因是防止调用栈紊乱，数据紊乱）直到子进程exit或者程序替换；

fork（写时拷贝，修改的时候开辟空间）不仅会创建pcb还会为pcb创建虚拟地址空间，创建页表，因此fork后父子进程数据独有（各有各的虚拟地址空间，若数据发生改变映射后指向不同的物理内存区域），代码共享的。

fork完虚拟地址空间是立即创建的，物理内存没有立即创建，而是数据发生改变时（是改变页表映射）才会重新开辟，拷贝数据过来。

创建线程是创建一个pcb，然后通过指针指向同一个虚拟地址空间，映射的也是同一块物理内存。

多线程：多个pcb作为独立执行流肯定是同时运行，如何做到不会调用栈混乱

errno：系统调用完毕后重置的一个全局变量。

多线程/多进程进行多任务处理的优缺点分析：

多线程的优点：

1.线程间通信更加灵活方便（除了进程间通信方式之外还有全局变量以及函数传参）--共用同一个虚拟地址空间，只要知道地址就能访问同一块空间）

2.线程的创建与销毁成本更低（创建线程创建一个pcb，共用的数据只需要使用一个指针指向同一处就可以）

3.同一个进程中的线程间调度成本更低（调度切换需要切换页表...）

多进程的优点：

1.多进程的健壮性，稳定性更高（异常以及一些系统调用exit直接针对整个进程生效）

共同的优点：等待+数据拷贝

1.IO密集型程序：多任务并行处理，对cpu要求并不高，执行流个数没有要求（多磁盘可以实现同时处理）

2.CPU密集型程序：程序中进行大量数据运算处理；cpu资源足够，就可以同时处理，提高效率（通常执行流的个数是cpu核心数+1）

创建线程很多的话，而cpu资源不够多，会造成大量的进程切换调度成本提高

线程控制：通过代码实现线程的创建/退出/等待/分离

线程控制的代码都是库函数，有封装的线程库函数。使用库函数创建一个线程，本质是在内核中创建一个轻量级进程实现程序调度。

线程创建-创建一个新的线程：

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

thread:输出型参数，用于获取线程ID--线程的操作句柄
attr:设置线程的属性，attr为NULL表示使用默认属性
start_routine:是个函数指针，线程启动后要执行的函数，运行完毕，线程退出
arg: 传给线程启动函数的参数
返回值：成功返回0；失败返回错误码（非0）

声明和定义的区别就是有无实现。

未声明：不知道这个函数或变量，从来没有。（通常是没有添加头文件）

未定义：只是不知道这个函数或变量的空间和实现在哪里。（没有把库添加上）

线程创建代码如下：

tid是一个无符号长整形数据，一个线程就有一个pcb，每个pcb都有一个pid--pid是一个整形数据。

tid和pid有什么联系？

pid--是一个轻量级进程id，是内核中task_struct结构体中的id。

tid---是一个线程id，线程的操作句柄，这个tid是用户态线程的id，是线程独有的这块空间的首地址，每个线程被创建出来之后，都会开辟一块空间，存储自己的栈，自己的描述信息。

ps -ef|grep create 看到的进程信息中的pid到底是哪个pcb的pid？

task_struct-->pid:轻量级进程id，也就是ps -ef看到的LWP

task_struct-->tgid:线程组id，等于主线程id （也就是外边所看到的进程id）

LWP和tgid实际上几乎用不到，因为线程的操作都是通过tid完成的。

结果如下：

库的链接使用：

whereis libpthread.so可以查看库的位置。

1.将库文件放在指定的路径下 /lib64 /usr/lib64

2.将库文件路径添加到环境变量 LIBRARY_PATH中。

3.使用gcc -L选项指定库文件所在路径。

4.gcc默认链接动态库，动态库也可以使用-L指定库路径，-l指定库名称

线程终止--线程退出--如何退出一个线程？

线程入口函数运行完毕，线程就会自动退出--在线程入口函数中调用return（但main函数中return退出的是进程而不是主线程）

结果可以看到普通线程只运行了一次就退出，而主线程没有退出。

void pthread_exit(void *retval); 退出线程接口--谁调用谁退出，retval是退出返回值。

但是exit无论在哪都是进程退出。
代码如下：

结果如下：

发现主线程退出了，普通线程还依然在打印。通过查看进程发现，有2个exit，第一个为僵尸状态-僵尸进程，第二个为休眠状态。

主线程退出，并不会导致进程退出，只有所有的线程都退出了，进程才会退出。

int pthread_cancel(pthread_t thread);取消一个线程；退出的线程被动取消的。

线程等待：等待一个线程的退出，获取退出线程的返回值，回收线程所占的资源

线程有一个属性，默认创建出来这个属性是joinable，处于这个属性的线程，退出后，需要被其他线程等待获取返回值回收资源。

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);--等待指定线程退出，获取其返回值

thread：要等待退出的线程tid

retval：输出型参数，用于返回线程的返回值。
线程的返回值是一个void*，是一个一级指针。若要通过一个函数的参数获取一级指针，就需要传入一个一级指针变量的地址进来。

常量与普通变量的区别--存储位置不同，生命周期不同。

默认情况下，一个线程必须被等待，若不等待，则会造成资源泄露。

线程分离：将线程joinable属性修改为detach属性

一个线程属性若是joinable那么就必须被等待

一个线程属性若是detach那么这个线程退出后则自动释放资源，不需要被等待（因为资源已经自动被释放了）

为什么要分离线程？

分离一个线程，一定是对线程的返回值不感兴趣，根本不想获取，又不想一直等待线程退出，这种情况才会分离线程。

int pthread_detach(pthread_t thread);--将指定的线程分离出去--属性修改为detach

pthread_detach(pthread_self());--返回调用线程的tid，自己分离自己，实际就是设置一个属性。

分离线程，只是说线程退出后自动释放资源。

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