Linux--多线程

news2024/9/27 19:14:31

1. 什么是线程

Linux中没有专门为线程设计TCB，而是用进程的PCB来模拟进程。 这也是为什么有种观点会说Linux下没有真正意义上的线程。

对于线程来说，只创建task_struct，共享同一个地址空间，当前进程的资源（代码+数据），划分为若干份，让每个PCB使用。

线程可以认为是进程里的一个执行流（每一个PCB），由于线程的创建并不需要像进程那样创建数据结构、地址空间等，而是复用进程的PCB等资源，所以线程也被看作是进程的一部分。

有两个要点：

线程在进程的地址空间内运行
CPU调度的时候，只看PCB，每一个PCB已经被分配指向的数据和方法，CPU可以直接调度

在这里插入图片描述

这样的设计有一个很大的优点：不用维护复杂的进程和线程的关系，不用单独为线程设计任何算法，直接使用进程的一套相关的方法。OS只需要聚焦在线程间的资源分配上就行了。

所以很明显，创建进程的成本比创建线程大的多。

在windows系统中，采用的是和进程类似的方法，也就是线程自己重新创建一份TCB等结构，可以知道其源码肯定非常复杂。

2. 创建线程

线程创建函数：pthread_create

在这里插入图片描述

参数：
thread:返回线程ID
attr:设置线程的属性，attr为NULL表示使用默认属性
start_routine:是个函数地址，线程启动后要执行的函数
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

编写一个函数来验证它们是否处于同一个进程（由于使用的是第三方库，编译时需要-lpthread链接）：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void* thread_run(void* args)
{
    const char* id = (const char*)args;
    while(1){
      printf("我是%s线程:%d\n",id,getpid());
      sleep(1);
    }
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,thread_run,(void*)"thread 1");
    while(1){
      printf("我是main线程：%d\n",getpid());
      sleep(1);
    }
    return 0;
}

运行结果：

在这里插入图片描述

首先，两个死循环都能跑起来，如果仅仅只有一个线程，这是根本不可能实现的，说明此时创建了新的线程

其次，可以看见他们的pid都是一样的，说明它们是同一个进程

最后，当收到二号信号的时候，两个线程都直接退出，说明确实是只有一个进程，并且两个线程是同一个进程。

ps -aL是查看线程资源的指令：

在这里插入图片描述

这里的LWP其实就是线程的标识符，相当于进程的PID。6548其实就是此时的主线程，6549就是另一个线程。

操作系统调度线程的时候，看的其实是LWP，而不是PID。

也可以批量创建线程：

void* thread_run(void* args)
{}
int main()
{
    pthread_t tid[5];
    for(int i = 0;i < 5;i++){
       pthread_create(tid+i,NULL,thread_run,(void*)"thread 1");
    }
    return 0;
}

运行结果：

在这里插入图片描述

可以看见LWP刚好有六个属于test程序的线程，第一个LWP=PID的是主线程，其他的五个都是按照顺序生成的子线程。

线程健壮性不强，在一个进程下的线程，如果有一个崩溃了，其他的也会随之崩溃。

3. 线程等待

3.1 pthread_join函数

和进程一样，线程也是需要等待的，否则就会造成类似于“僵尸进程”的问题。

线程等待函数pthread_join：

在这里插入图片描述

参数：

thread表示需要等待的线程id；

retval是一个输出型参数，用来获取新线程退出的时候，函数的返回值。由于新线程创建的时候函数返回值是void*，所以要将该返回值输出，就要用二级指针void**。

返回值：成功返回0，失败返回错误码。

下列程序可以显示出，主线程确实是可以等待其他线程，并拿到其返回值：

void* thread_run(void* args)
{
    const char* id = (const char*)args;
    while(1){
      printf("我是%s线程:%d\n",id,getpid());
      sleep(1);
      break;
    }
    return (void*)11;//随意设置返回值
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,thread_run,(void*)"thread 1");
    等待
    void* status = NULL;
    pthread_join(tid,&status);
    printf("返回值：%d\n",(int)status);
    return 0;
}