linux编程基础_第1篇 Linux系统编程 -多线程基础

进程

在理解线程之前，首先需要了解UNIX/Linux进程。进程是由操作系统创建的，需要相当数量的“开销”。进程包含有关程序资源和程序执行状态的信息，包括：它是一个在随机访问内存(RAM)中，正在执行的程序，它是资源分配的最小单位。

1）进程ID，进程组ID，用户ID和组ID
2）环境
3）工作目录
4）程序说明
5）寄存器
6）栈
7）堆
8）文件描述符
9）信号动作
10）共享库
11）进程间通信工具（例如消息队列，管道，信号量或共享内存）

线程

它是程序执行的最小单位，又称为轻量级的进程，操作系统独立调度和分派到CPU的基本单位，它是进程中的一个实体，一个进程中可以包含多个线程。这些线程共享同一个进程中的资源，我们之前以进程为单位的编程模式，也叫单线程的编程模式

存在于进程中并使用进程资源
只要其父进程存在并且操作系统支持它，便拥有自己的独立控制流
仅复制需要独立计划的必要资源
可以与相对地"平等"运行的其他线程共享进程资源
如果父进程死亡-所有线程就不复存在
是“轻量级的”，因为大多数开销已经通过创建其进程来完成。

并发:在同一个核心的CPU中，同一个时刻，只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。

并行:是指在同一个时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。

同步:彼此有依赖关系的调用不应“同时发生”，而同步就是阻止同时发生的事情，同步机制通常是一个线程拥有可以访问系统资源的锁，意味着某个线程在某一时刻执行时占用着CPU资源和进程级别的共享对象会被"锁定"，其他线程会被抑制执行而无法获取CPU资源和进程级别共享对象访问的控制权，只有等到拥有该锁的线程的锁释放后，其他线程有机会"争夺"获得该锁才能获得CPU资源和进程的共享对象访问的控制权。

异步:和同步的概念是相对的，任何两个彼此独立的操作是异步的，它表明事件是独立发生的。

题外话

还记得我经常说CPython更新到3.9版本为止，实质上仍然是一个单线程的语言，它压根就不存在线程并发，任何说CPython是一个线程并发的话语都是自欺欺人的。就因为全局解释器锁（GIL），因为CPython的内存垃圾回收机制中，所有PyObject对象内部都有一个引用计数器，在不存在GIL的多线程运行情况下，运行中的相关PyObject对象的引用计数器的值存在被某一个或多个线程篡改，从而导致内存回收机制无法正常执行的风险，因此CPython只能通过GIL来束缚某个时刻多个独立线程运行的情况出现。次要原因要追溯CPython内存垃圾回收的单一化实现，而从目前CPython的源代码看来，除了将基础的内核代码推倒重来并加入更多的内存垃圾回收的算法现实，不然未来不太可能移除GIL。因此为了摆脱GIL，后来陆续出现了PyPy、Cython、Jython、Number和IronPython这些不同的实现。

创建一个线程

首先每个线程，操作系统都会给每个线程分配一个线程ID，在Linux下，进程ID是一个pid_t类型的整数，线程ID是一个标识符类型pthread_t的整数

像pthread_self()和getpid()这些函数在安装Linux/Unix系统后原生内置的函数，通常叫系统调用(Syscall)，就是系统原生提供给C/C++程序员使用的系统函数接口，这些系统函数通常可以通过man命令能够查到它的使用方法，例如可以在/usr/include目录下查看对应的系统函数的头文件

vim /usr/include/bits/pthreadtypes.h

我们知道，线程ID其实就是一个long int的无符号整数

我们也可以通过man getpid和man pthread_self分别查看一下，在使用它们之前需要导入那些依赖的头文件，如果你不熟悉的系统函数，你应该经常通过man指令来查看对应的描述文档。

编程示例

我们在没有提及多线程编程模式的时，那些编写的示例代码都是单线程的程序，也就是一个进程中只有一个线程。我们下面的例子是要获取当前运行进程的ID和线程ID,该示例就是一个单线程的程序。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>int main(void){pid_t pid=getpid();pthread_t tid=pthread_self();printf("当前线程ID:%lx,进程ID:%un",tid,pid);return 0;
}

在编译多线程的程序时，记得链接pthread库，即

gcc app.c -o app -pthread

输出

当前线程ID:7fedbcb524c0,进程ID:30167

小结:

进程是获取资源的最小单位，例如组成我们进程的函数栈和堆内存，注意在主流系统中每个进程中有它对应的函数栈和堆内存，而且这些堆和栈对用于它们的进程来说是私有的，其他进程无法访问。

线程是进程中的一个或多个实例，而线程的职责是消耗进程获得的系统资源(CPU中的寄存器，计算单元和控制单元,以及随机访问内存)，在一个进程中，只有一个线程的程序，该线程也叫主线程，主线程可以创建其他子线程