目录

1. 线程概念

2. 线程vs进程

3. 线程的优缺点

4. 线程创建

4.1 pthread_create

4.2 pthread_self

5. 线程终止

5.1 return

5.2 pthread_exit

5.3 pthread_cancel

6. 线程等待

7. 线程分离

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1. 线程概念

        线程：轻量级进程，在进程内部执行，是OS调度的基本单位；进程内部线程共用同一个地址空间，同一个页表，以及内存中的代码和数据，这些资源对于线程来说都是共享的资源 

        进程：在用户视角下，内核数据结构+该进程对应的代码和数据；在内核的视角下，承担分配系统资源的基本实体

        其实在之前没有了解线程之前的进程，就是一个只有一个主线程的进程

        现在又该如何理解线程和进程之间的关系呢？

         线程和进程之间就像家庭成员和家庭之间的概念，家庭是由所有家庭成员共同组成的，在这个社会中可能有三口之家，五口之家

        我们在社会中被描述为一个整体，比如户口本就是按家庭发放的，房屋是按家庭建造的，社会资源按家庭分配的，例如疫情期间买菜

        家庭成员和家庭之间的关系就是一荣俱荣，一损俱损的关系（线程异常时会触发信号机制，终止进程，内核所有线程都会退出）

        我们在家庭中扮演不同的角色，也在使用不同的资源，家庭负责分配这些资源，其中有大部分资源是家庭成员之间共享的，比如卫生间，客厅，但总有一个房间是给你住的，作为你的私人空间

        家庭资源：空间，数据

        私人空间：后面会说

         在Linux中，没有专门为线程管理，创建新的数据结构，而是沿用了进程的task_struct，用它来模拟线程，线程和进程有很多共性，为此Linux下的所有版本都安装了pthread系统库，为了提供用户使用的接口

        库底层调用了clone系统接口，所以系统提供一部分，库提供一部分，就组成了Linux下的线程

        所以使用线程库的时候，需要包含头文件<pthread.h>，编译时需要-lpthread

        线程共享进程数据，但也拥有自己的一部分数据

线程独有：

• 线程ID
• 一组寄存器（上下文）
• 独立栈结构
• errno变量在线程内部
• 信号屏蔽字（block）
• 调度优先级

线程共有：

• 文件描述符表
• 信号处理方式
• 当前工作目录
• 用户id和组id（权限）

        线程独立的栈结构（保存临时数据）和上下文数据，体现了线程的动态属性

线程如何实现独立的栈结构：

        线程库提供了线程创建接口，它会在地址空间的共享区中创建对应线程的栈结构，其实在上面系统接口中就有所体现clone中有一个参数child_stack的指针，栈地址，栈的组成应该是系统提供的

        通过clone系统接口的第一个参数函数指针，其实如何让线程执行自己代码，其实就是执行函数代码

2. 线程vs进程

        进程是资源分配的基本单位

        线程是CPU调度的基本单位

        线程切换的成本更低

        因为线程间共享地址空间和页表，这些不需要切换

        其次，CPU内部有L1~L3 的 cache 高速缓存（对内存的代码和数据根据局部性原理，预读到CPU内部，进而提高效率）也不用切换

3. 线程的优缺点

优点：

• 创建，切换，占用资源都比进程小
• 能充分利用多处理器可并行的数量
• 在等待慢速IO操作结束的同时，程序可以执行其他任务
• 计算密集型应用，为了能在多处理器系统上运行，将计算分解到多个线程中
• IO密集型应用，为了提高性能，将IO操作重叠，可以同时等待不同的IO

缺点：

        缺乏访问控制（后续会学互斥，同步，信号量来解决这一问题）

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4. 线程创建

        这里介绍pthread线程库的接口，他们都有一个规律，函数都是以pthread_为开头，且函数的返回值都是成功返回0，失败返回errno，因为每一个线程都有独立的errno

4.1 pthread_create

函数功能：
        创建一个线程

参数：

        thread：输出型参数，返回线程ID（NPTL后面解释）

        attr：设置线程属性，一般为nullptr

        start_routine: 线程执行的函数地址，函数类型必须参数和返回值都是void*

        arg：作为传给线程函数的参数

        线程ID有两个，一个属于OS系统层面的，一个属于NPTL（Nativa POSIX Thread Libaray本地可移植性操作系统接口线程库）本地线程库层面的

        在Linux内核中，OS其实在调度的时候并不知道是线程还是进程，它只认识task_struct

struct task_atruct
{
    pid_t pid;
    pid_t tgid; // Thread Group ID
    struct task_struct *group_leadler;
    struct list_head thread_group;
    // ...
}

        在操作系统看来它最关心的是pid作为线程的唯一标识符，而tgid则是线程组的id，也就是进程id。在用户层调用getpid()不论是在哪个线程内部，返回的都是进程的id，所以其实getpid()底层获取的是task_struct的tgid。

        用户可以通过指令查看当前的进程id

ps -eLf

        其中选项-L会显示LWP：线程id 和 NLWP：线程组内线程个数

        在线程组内，所有的线程都是对等关系

        pthread_t 类型其实是线程库里定义的线程id，其实就是线程结构体在地址空间的起始地址，线程库的线程id用于线程库接口的使用

4.2 pthread_self

 函数功能：

        获得自己的线程ID，返回值就是

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5. 线程终止

5.1 return

        return返回值可以设为nullptr标识什么都不返回，也可以返回指针指向的全局静态或者动态分配的空间，但是不能返回栈上的临时数据，因为线程终止时，线程的栈会被销毁

5.2 pthread_exit

函数功能：

        终止自己这个线程

参数：

        retval：和return返回的值一个道理

5.3 pthread_cancel

函数功能：

        终止一个正在执行的线程，一般用于终止其他线程

参数：

        thread：要被终止的线程id

注意：

        pthread_cancel(pthread_self());不推荐这样做，因为这样操作是未定义的，会出现奇怪的错误

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6. 线程等待

        已经退出的线程如果不等待回收，其空间没有被释放，会处于“僵尸”状态，造成内存泄漏

函数功能：
        等待回收线程

参数：

        thread：被等待的线程id

        retval：输出型参数，用于获取线程终止时的返回值，不关心设置nullptr，因为线程的返回值是void*，所以在函数内部拿到这个值，就要void**

        当return/pthread_exit终止时，拿到线程函数的返回值

        当pthread_cancel异常终止时，拿到PTHREAD_CANCELED(-1)

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7. 线程分离

        一般创建的线程都需要pthread_join等待，但若不关心线程的返回值，join就是一种负担，分离线程，线程退出时，自动释放资源

函数功能：

        线程分离

参数：

        thread：线程id

注意：

        1. pthread_detach(pthread_self());这里可以使用

        2. joinable和分离是冲突的，一个线程不能同时被等待，又被分离

完。