Linux上线程开发API概要（线程）

进程与线程
典型的UNIX/Linux进程可以看成只有一个控制线程：一个进程在同一时刻只做一件事情。有了多个控制线程后，在程序设计时可以把进程设计成在同一时刻做不止一件事，每个线程各自处理独立的任务。

　进程是程序执行时的一个实例，是担当分配系统资源（CPU时间、内存等）的基本单位。在面向线程设计的系统中，进程本身不是基本运行单位，而是线程的容器。程序本身只是指令、数据及其组织形式的描述，进程才是程序（那些指令和数据）的真正运行实例。
       “进程——资源分配的最小单位，线程——程序执行的最小单位”
      一个进程至少包含一个线程，进程是运行的程序，程序是静态的概念，进程是动态的概念。
      进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，可以用线程，也可以用进程间的通信。
使用线程的理由
      从上面我们知道了进程与线程的区别，其实这些区别也就是我们使用线程的理由。总的来说就是：进程有独立的地址空间，线程没有单独的地址空间（同一进程内的线程共享进程的地址空间）。

使用多线程的理由之一是和进程相比，它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。我们知道，在Linux系统下，启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段，这是一种"昂贵"的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程，它们彼此之间使用相同的地址空间，共享大部分数据，启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。据统计，总的说来，一个进程的开销大约是一个线程开销的30倍左右，当然，在具体的系统上，这个数据可能会有较大的区别。

使用多线程的理由之二是线程间方便的通信机制。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。线程则不然，由于同一进程下的线程之间共享数据空间，所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用，这不仅快捷，而且方便。当然，数据的共享也带来其他一些问题，有的变量不能同时被两个线程所修改，有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击，这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。
Linux上线程开发API概要
多线程开发在 Linux 平台上已经有成熟的 pthread 库支持。其涉及的多线程开发的最基本概念主要包含三点：线程，互斥锁，条件。其中，线程操作又分线程的创建，退出，等待 3 种。互斥锁则包括 4 种操作，分别是创建，销毁，加锁和解锁。条件操作有 5 种操作：创建，销毁，触发，广播和等待。其他的一些线程扩展概念，如信号灯等，都可以通过上面的三个基本元素的基本操作封装出来。详细请见下表：
1、线程创建

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg);
// 返回：若成功返回0，否则返回错误编号
//pthread_t是无符号的长整型，第一个参数是pthread_t类型的指针，
//第个二参数是线程的属性
//第三个参数是函数指针
//最后一个参数是给线程传参的一个参数

当pthread_create成功返回时，由tidp指向的内存单元被设置为新创建线程的线程ID。attr参数用于定制各种不同的线程属性，暂可以把它设置为NULL，以创建默认属性的线程。

新创建的线程从start_rtn函数的地址开始运行，该函数只有一个无类型指针参数arg。如果需要向start_rtn函数传递的参数不止一个，那么需要把这些参数放到一个结构中，然后把这个结构的地址作为arg参数传入。
线程的退出

单个线程可以通过以下三种方式退出，在不终止整个进程的情况下停止它的控制流：

1）线程只是从启动例程中返回，返回值是线程的退出码。

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：
pthread_exit函数

#include <pthread.h>
int pthread_exit(void *rval_ptr);

rval_ptr是一个无类型指针，与传给启动例程的单个参数类似。进程中的其他线程可以通过调用pthread_join函数访问到这个指针。
线程等待

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **rval_ptr);
// 返回：若成功返回0，否则返回错误编号

调用这个函数的线程将一直阻塞，直到指定的线程调用pthread_exit、从启动例程中返回或者被取消。如果例程只是从它的启动例程返回i，rval_ptr将包含返回码。如果线程被取消，由rval_ptr指定的内存单元就置为PTHREAD_CANCELED。

可以通过调用pthread_join自动把线程置于分离状态，这样资源就可以恢复。如果线程已经处于分离状态，pthread_join调用就会失败，返回EINVAL。

如果对线程的返回值不感兴趣，可以把rval_ptr置为NULL。在这种情况下，调用pthread_join函数将等待指定的线程终止，但并不获得线程的终止状态。
线程的脱离
一个线程或者是可汇合（joinable，默认值），或者是脱离的（detached）。当一个可汇合的线程终止时，它的线程ID和退出状态将留存到另一个线程对它调用pthread_join。脱离的线程却像守护进程，当它们终止时，所有相关的资源都被释放，我们不能等待它们终止。如果一个线程需要知道另一线程什么时候终止，那就最好保持第二个线程的可汇合状态。

pthread_detach函数把指定的线程转变为脱离状态。

#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);
// 返回：若成功返回0，否则返回错误编号

本函数通常由想让自己脱离的线程使用，就如以下语句：

pthread_detach(pthread_self());

线程ID获取及比较

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);
// 返回：调用线程的ID

对于线程ID比较，为了可移植操作，我们不能简单地把线程ID当作整数来处理，因为不同系统对线程ID的定义可能不一样。我们应该要用下边的函数：

#include <pthread.h>
int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2);
// 返回：若相等则返回非0值，否则返回0

对于多线程程序来说，我们往往需要对这些多线程进行同步。同步（synchronization）是指在一定的时间内只允许某一个线程访问某个资源。而在此时间内，不允许其它的线程访问该资源。我们可以通过互斥锁（mutex），条件变量（condition variable）和读写锁（reader-writer lock）来同步资源。在这里，我们暂不介绍读写锁。
代码示例

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
//int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg);void*func1(void *arg)
{static int ret=10;//如果不是 static 函数调用结束后 ret 的值会消失static char*p="t1 is run out";printf("t1 :%ld thread is created\n",(unsigned long)pthread_self());printf("t1:param is %d\n",*((int*)arg));pthread_exit((void*)p);
}
int main()
{int ret;int param=100;char *pret;pthread_t t1;ret=pthread_create(&t1,NULL,func1,(void*)&param);if(ret==0){printf("main:create t1 success\n");}printf("main : %ld \n",(unsigned long)pthread_self());pthread_join(t1,(void**)&pret);//这个函数用来等t1线程的退出，他是用在主线程中printf("main:t1 quite return is %s\n",pret);return 0;
}

体现线程共享内存空间代码

{#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
//int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg);
int g_data=0;//主进程和进程1和进程2都共享这一个全局变量
void*func1(void *arg)
{printf("t1 :%ld thread is created\n",(unsigned long)pthread_self());printf("t1:param is %d\n",*((int*)arg));while(1){printf("t1 printf is %d\n",g_data++);sleep(1);}
}void*func2(void *arg)
{printf("t2 :%ld thread is created\n",(unsigned long)pthread_self());printf("t2:param is %d\n",*((int*)arg));while(1){printf("t2 printf is %d\n",g_data++);sleep(1);}
}int main()
{int ret;int param=100;pthread_t t1;pthread_t t2;ret=pthread_create(&t1,NULL,func1,(void*)&param);if(ret==0){printf("main:create t1 success\n");}ret=pthread_create(&t2,NULL,func2,(void*)&param);if(ret==0){printf("main:create t2 success\n");}printf("main : %ld \n",(unsigned long)pthread_self());while(1){printf("main printf is %d\n",g_data++);sleep(1);}pthread_join(t1,NULL);//yong laidengdai t1 xiancheng tuichupthread_join(t2,NULL);//yong laidengdai t1 xiancheng tuichureturn 0;
}
//c此程序三个进程的运行顺序没有确定谁先谁后

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