线程概念
线程与进程
线程间的独有与共享
多线程与多进程
线程控制

线程概念

什么是线程

线程是进程中的一条执行流，执行程序中的某部分代码。linux下没有具体实现的线程，只有库函数用pcb来实现的线程，所以可以认为，每个pcb就是一个线程，所以进程中都至少有一个线程，这些PCB共用进程中的同一个页表和虚拟地址空间，比传统的进程更加轻量化，所以这些线程在linux下也被称为轻量级进程。

PCB也就是进程控制块，在Linux下PCB可以实现对程序的调度运行，所以可以将其作为一个执行流，来实现线程

为什么要使用线程呢？

创建一个新线程的代价要比创建一个新进程小得多

与进程之间的切换相比，线程之间的切换需要操作系统做的工作要少很多

线程占用的资源要比进程少很多

线程与进程

进程：是一个程序的动态执行，是系统资源分配的基本单位
线程：线程是进程中的一条执行流，是CPU调度的基本单位

我之前博客提到的进程其实都是单线程的进程，在linux其实每个pcb就可以理解为一个执行流，也就是一个线程

从这两幅图可以看出来，linux下的进程其实是一个线程组，一个进程中可以包含多个线程，每一个线程都是进程中的一条执行流（PCB），这些线程在进程的内部运行，本质也就是在进程的虚拟地址空间中运行

线程之间共用进程中的同一个虚拟地址空间，通过同一个页表来完成映射

线程间的独有与共享

既然线程都处于同一个进程中，共用同一个虚拟地址空间和页表，那么它们之间还有哪些数据共享，哪些数据独有呢？

独有：

标识符(唯一的标识符来区分线程)
栈(独有的函数栈，防止调用栈紊乱)
寄存器(也就是PCB中的上下文数据，程序计数器，内存指针等)
信号屏蔽字(因为信号会打断进程当前操作，让他优先处理信号，但是一个信号只需要一个执行流去执行即可，如果不想该线程被打断，则对该信号屏蔽，让其他线程去执行)
errno(系统调用完毕后重置的一个全局变量，防止被其他线程覆盖)
优先级(各有各的调度优先级)

共享

虚拟地址空间(代码段/数据段，线程之间数据和代码都共享)
文件描述符表(io信息)
信号处理方式(信号是针对整个进程的，所以处理方式应该都一样)

多线程与多进程

如果需要进行多任务处理，有两种方法，一种是多线程，一种是多进程
多进程

多线程

多线程的优点：

线程的创建和销毁成本低（从上面的图可以看出来，创建多个线程只需要创建多个PCB）
线程间调度成本低（使用同一个页表，调度切换时不用切换页表）
线程间通信更加灵活（共用同一个虚拟地址空间，数据段共享，只需要获取地址即可访问数据）

多进程的优点：

更具有健壮性，更加稳定（因为异常，系统调用，信号等都是对整个进程生效，一旦出现进程出问题会影响所有线程）

共同优点

IO密集型程序:多任务并行处理（单磁盘可以并行压缩IO等待事件/多磁盘可以实现同时处理）
CPU密集型程序:程序中进行大量的数据运算处理，CPU资源足够，则可以同时处理，提高效率（线程数为CPU核心数+1，多出来的一个是当某一线程阻塞时顶替用的。如果创建进程过多，会增加切换调度的成本）

线程控制

前面也说过了，Linux本身是没有线程的，只有库函数中通过PCB来模拟的线程。在用户态调用库函数创建一个线程，其本质就是在内核中创建一个轻量级进程来实现程序的调度。

创建线程：

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

thread:输出型参数，用来获取线程ID–线程的操作句柄
attr:用于设置线程属性，通常置NULL
start_routine:函数指针，线程的入口函数，线程会去运行这个函数，函数运行结束后，线程退出。
arg：需要传递给线程的入口函数的参数
头文件：#include<pthread.h>
返回值：成功返回0，失败返回非0

终止线程：

当线程执行完入口函数就会退出，但也可以通过调用对应的接口退出。

退出一个线程

void pthread_exit(void *retval);

和exit()不同，exit是退出整个进程

线程退出接口，哪个线程调用就退出哪个线程
retval:退出返回值
主线程退出，并不会导致进程退出，只有全部线程退出了进程才会退出。

终止一个线程

int pthread_cancel(pthread_t thread);

线程等待：

线程有一个默认的属性，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并且释放资源。
默认情况下，线程是必须被等待的，如果不等待，则会造成资源泄露

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval)

等待指定线程退出，获取其返回值。
并且该函数会阻塞，线程没有退出则一直等待。

线程分离：

将joinable的属性修改为detach属性

joinable:退出后需要被其他线程等待获取返回值并且释放资源。
detach:退出后自动释放资源，不需要被等待

如果不想获取返回值，也不想等待线程退出，就可以使用线程分离

int pthread_detach(pthread_t pthread)

线程id

pthread_t pthread_self(void)

返回调用线程的tid

在这里就要提一提tid与pid的区别，以及对于一个进程，我们看到的进程的pid到底是什么

tid:用户态线程的id，是线程的操作句柄，其实就是线程这块空间的首地址。
pid:轻量级进程id，这就是用来模拟线程的pcb的id
tgid:线程组id,也就是主线程id，就是我们外面看到的进程的pid

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线程与进程

线程与进程

线程间的独有与共享

独有：

共享

多线程与多进程

多线程的优点：

多进程的优点：

共同优点

线程控制

创建线程：

终止线程：

退出一个线程

终止一个线程

线程等待：

线程分离：

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