线程(Pthread)

news2024/12/24 14:40:42

目录

多线程模式下cpu如何分配

这两种线程的优缺点

多个线程在进程中共享资源有哪些

非共享资源

线程函数（NPTL API）

线程分离态

线程退出方式

关于线程的能力

线程属性

线程是大多数操作系统支持的调度单位，执行单元，某些系统不支持线程技术。

一般情况下进程包含线程，线程比进程更轻量(体积更小，开销更小)。

进程是最小的分配资源单位，线程是最小的调度单位。

线程创建于进程中，于进程共享资源，完成特定任务，如果在意内存开销，使用多线程技术是一个很好的选择。

进程创建时，系统分配内存资源，执行单元（默认），线程访问进程内存。

线程就是寄存器和栈（线程可以占用时间片使用cpu，可以通过保存和恢复处理器现场避免寄存器冲突，所以线程是一个合格的调度单位）

多线程模式下cpu如何分配

进程的蜕化，如果进程中创建了新的线程，那么进程原本的执行单位成为主控线程，新创建的成为普通线程，便于区分和理解。

内核级线程：系统支持的线程，可以分配其内核对象与进程一样获取cpu。

 普通线程：系统无法识别普通线程，无法将资源分发给普通线程。

普通线程虽然无法被系统直接分发资源，但是它可以使用cup，只要主线程释放交换给它即可。

混合型线程：可以为县城分配内核对象，得到更多的时间片，线程安装在用户层，较少线程调度开销。混合型线程支持的系统少。

这两种线程的优缺点

内核级：可以得到更多系统资源，缩短任务完成时间，所有的线程资源分配，访问和切换都要系统干预，开销较大。

用户级：用户线程是安装在进程用户空间的，所以完成线程切换或访问线程资源在用户空间即可完成，无需系统干预。

多个线程在进程中共享资源有哪些

1.全局变量共享。2.文件描述符表共享。3.PCB多线程共享。4.共享堆空间。5.信号处理行为共享。

非共享资源

1.线程栈（8M）2.TCB非共享3.线程的优先级指针非共享4.每个线程都有独立信号屏蔽字5.errno全局变量非共享（避免多线程使用errno异常，在线程使用erron为局部变量，但是线程有自己的错误处理方式，无需使用erron）

线程函数（NPTL API）

int err=pthread_create(pthread_t* tid,pthread_attr_t* attr,void*(*twk)(void*),void* arg)//创建线程函数，成功返回0，失败返回错误号。

tid=线程创建成功，将此线程的id传出到变量中。

attr=线程属性函数，传出NULL，表示使用默认属性。

twk=线程工作地址，此参数为函数指针。

arg=线程函数参数，系统创建线程后调用twk而后把arg传入twk中。

（线程数量计算：进程用户空间余量/线程栈大小=线程数量）

ps -eLf#可以查看系统中所有线程。ps -Lf pid#可以查看特定进程中的线程（pid进程id）

LWP轻量级进程编号（并不是tid，而是调度编号）NLWP轻量级进程数量

只要使用NPTL库函数，都要在编译使用链接库 -lpthread

pthread_t tid=pthread_self();//返回调用多线程的tid

看能创建多少线程：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<pthread.h>
#include<string.h>
#include<stdio.h>
void* twk(void* arg)
{
    while(1)
        sleep(1);
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    int err;
    int flag=0;
    while(1)
    {
        if((err=pthread_create(&tid,NULL,twk,NULL))>0)
        {
            printf("create failed %s\n",strerror(err));
            exit(0);
        }
        printf("%d\n",++flag);
    }
    return 0;
}

创建线程并打印id：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
void* twk(void* arg)
{
    printf("my tid 0x%x\n",(unsigned int)pthread_self());
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    int err;
    printf("master 0x%x\n",(unsigned int)pthread_self());
    if((err=pthread_create(&tid,NULL,twk,NULL))>0)
    {
        printf("create faill errno %s\n",strerror(err));
        exit(0);
    }
    sleep(1);
    printf("son tid 0x%x\n",(unsigned int)tid);
    return 0;
}

打印线程id习惯用16进制形态。

主线程创建成功后传出tid，与普通线程内部获取的tid值相等但是不等价，线程内部id可以保证当前线程有效性，但是其他线程中tid无法保证。

pthread_join(pthread_t tid,void** reval);//线程回收，接收线程返回值，如果不回收会引发僵尸线程(TCB)残留（阻塞函数，线程未退出等待，退出后立即回收）

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

void* twk(void* arg)
{
    printf("pthread tid=0x%x\n",(unsigned int)pthread_self());
    return (void*)8;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    void* reva;
    int err;
    if((err=pthread_create(&tid,NULL,twk,NULL))>0)
    {
        printf("create error %s\n",strerror(err));
        exit(0);
    }
    pthread_join(tid,&reva);
    printf("join success 0x%x,reva=%ld\n",(unsigned int)tid,(long int)reva);
    return 0;
}

pthread_exit((void *)9)//线程退出并返回特定值

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

void* twk(void* arg)
{
    printf("pthread tid=0x%x\n",(unsigned int)pthread_self());
    //return (void*)8;
    pthread_exit((void *)9);
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    void* reva;
    int err;
    if((err=pthread_create(&tid,NULL,twk,NULL))>0)
    {
        printf("create error %s\n",strerror(err));
        exit(0);
    }
    pthread_join(tid,&reva);
    printf("join success 0x%x,reva=%ld\n",(unsigned int)tid,(long int)reva);
    return 0;
}

pthread_cancel(pthread_t tid);//线程取消，参数为目标的tid，可以将目标线程杀死。

哪怕进程中没有异常，不用调用系统函数，但是进程使用时间片，只要时间片耗尽产生中断就会处理信号，信号肯定功能杀死进程。

如果线程被取消，那么收到的返回值为-1，线程开发时不允许使用-1作为返回值，保留给cancel。

pthread_cancel就是看调没调用系统函数，调用了才能取消掉。

pthread_testcancel//执行一次系统调用，线程可以执行该函数检测是否有待处理的取消事件。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
void* twk(void* arg)
{
    while(1)
    {
        pthread_testcancel();
    }
    pthread_exit((void*)9);
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    int err;
    void* reva;
    printf("Master tid=0x%x\n",(unsigned int)pthread_self());
    if((err=pthread_create(&tid,NULL,twk,NULL))>0)
    {

        printf("thread_create failed:%s\n",strerror(err));
        exit(0);

    }
    sleep(5);
    pthread_cancel(tid);
    if((err=pthread_join(tid,&reva))>0){

        printf("join failed:%s\n",strerror(err));
    }
    printf("master join success,tid 0x%x,reva %ld\n",(unsigned int)tid,(long int)reva);
    return 0;
}

线程分离态

线程结束的状态：1.PTHREAD_JOINABLE回收态线程，默认状态，线程结束后需要手动回收(pthread_join)2.PTHREAD_DETACHED分离态线程，结束后系统自动回收它的资源。

pthread_detach()可以将回收态设置为分离态。

pthread_detach(pthread_self());//将指定的线程设置分离。

线程只能有一种退出状态，两种状态互斥，分离设置不可逆转，无法变为回收态，只能从回收设置为分离。

对一个分离态进行回收操作(join)回收操作失败。

如果线程处于回收阶段（某个线程在等待回收他），那么对线程设置分离不会成功。

处于回收阶段：没sleep交出时间片，join快。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
void* twk(void* arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    int err;
    if((err=pthread_create(&tid,NULL,twk,NULL))>0)
    {
        printf("create err %s\n",strerror(err));
    }
    //sleep(5);
    if((err=pthread_join(tid,NULL))>0)
    {
        printf("join error %s\n",strerror(err));
    }
    else {
        printf("success\n");
    }
    return 0;
}

交出时间片，设置分离态成功了。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
void* twk(void* arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    int err;
    if((err=pthread_create(&tid,NULL,twk,NULL))>0)
    {
        printf("create err %s\n",strerror(err));
    }
    sleep(5);
    if((err=pthread_join(tid,NULL))>0)
    {
        printf("join error %s\n",strerror(err));
    }
    else {
        printf("success\n");
    }
    return 0;
}

线程退出方式

return 0;普通线程执行，线程返回，线程退出。主线程执行，进程退出，线程关闭。

pthread_exit(); 不论是主线程还是普通线程执行均为线程退出，不影响进程。

pthread_cancel()；取消目标线程，与进程无关。

exit();无论主线程还是普通线程执行，进程退出，所有线程关闭，释放资源。

关于线程的能力

主线程创建的线程，也可以继续线程的创建，普通线程可以回收其他线程，也可以创建或取消其他线程。

线程属性

pthread_attr_t线程属性结构体：

1.线程优先级指针（一般为默认值，优先级越高，线程可以得到的资源越多）

2.线程警戒缓冲区（防止线程栈溢出）4096bytes如果溢出尝试访问越界缓冲区，直接抛出异常，SIGBUS。

3.线程退出状态（存储线程退出状态，默认情况下均为回收态）。

4.线程栈大小（线程栈大小，系统根据里面的值决定创建多大的线程栈）。

5.线程栈地址（存储线程栈地址但是默认为nil）。

使用自定义结构体可以实现哪些开发目的：1.直接创建分离态线程，而不是后期修改。2.通过修改线程栈的信息提高线程创建数量。

初始化结构体，初始化后的结构体为默认属性pthread_attr_init(&attr);

获取状态传出pthread_attr_getdetachstate(&attr,int* detachstate);

设置退出状态pthread_attr_setdetachstate(&attr,int detachstate);

PTHREAD_CREATE_DETACHED//分离关键字

PTHREAD_CREATE_JOINABLE//回收关键字

创建线程使用自定义结构体pthread_create(&tid,&attr,twk,NULL);

属性使用完毕释放pthread_attr_destory(&attr);

查看默认退出状态：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    pthread_t tid;
    int de;
    pthread_attr_t at;
    pthread_attr_init(&at);
    pthread_attr_getdetachstate(&at,&de);
    if(de==PTHREAD_CREATE_JOINABLE)
    {
        printf("join\n");
    }
    if(de==PTHREAD_CREATE_DETACHED)
    {
        printf("detach\n");
    }
    return 0;
}

设置分离态：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
void* twk(void* arg)
{
    while(1)
        sleep(1);
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    int de;
    pthread_attr_t at;
    pthread_attr_init(&at);
    pthread_attr_getdetachstate(&at,&de);
    pthread_attr_setdetachstate(&at,PTHREAD_CREATE_DETACHED);
    pthread_create(&tid,&at,twk,NULL);
    int err;
    if((err=pthread_join(tid,NULL))>0)
    {
        printf("join error %s\n",strerror(err));
    }
    else{
        printf("join success\n");
    }
    return 0;
}

pthread_detach();多线程模型中少数线程要设置分离，使用函数设置。如果大量使用分离线程可以通过属性的方式来创建。

如果用户需要自定义栈大小，用户需要自行申请空间size_t stacksize=0x100000,void* stackaddr=malloc(stacksize)

线程栈大小=stacksize,线程栈地址=stackaddr。

pthread_attr_getstack(&attr,void** stackaddr,size_t*stacksize);//获取属性中的栈信息

pthread_attr_setstack(&attr,void* stackaddr,size_t stacksize);//设置栈信息 

改变线程栈大小增加线程数量（32位有效，64位基本无效）

    void* stackaddr;
    size_t stacksize;
    pthread_attr_init(&at);
    pthread_attr_getstack(&at,&stackaddr,&stacksize);
    printf("stackaddr %p,stacksize %d\n",stackaddr,(int)stacksize);
    stacksize=0x100000;
    int err;
    while(1)
    {
        if((stackaddr=(void*)malloc(stacksize))==NULL)
        {
            printf("malloc error %s\n",strerror(err));
            exit(0);
        }
         pthread_attr_setstack(&at,stackaddr,stacksize);
        if((err=pthread_create(&tid,&at,twk,NULL))>0)
        {
            printf("create error %s\n",strerror(err));
            exit(0);
        }
    printf("%d\n",++f);
    }

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