【Linux】线程基本概念，线程控制

news2024/10/22 4:54:49

基本概念

重新理解进程

线程真实存在吗？

问题解答

线程资源

线程控制

线程创建

如何全面看待线程函数传参

如何看到线程函数返回

线程查询

线程等待

线程终止

线程分离

基本概念

线程（thread）是指在单个进程内，多路并行执行的创建和管理单元；

重新理解进程

在没有学习线程的时候，我们学的进程=内核数据结构+程序的代码和数据；每个进程系统都会为其分配task_struct(PCB),mm_struct(虚拟地址空间)，页表来描述和管理进程；

上面的整个才是进程，进程是程度系统资源分配的基本实体；

而线程其实就是进程内的执行流；和之前的进程对比，之前的进程就是内部只有一个执行流的进程！

线程真实存在吗？

在windows中存在真正的进程tcb,而在Linux中并不存在真正的进程，Linux中是用进程来模拟线程！！！

因为复原PCB,同PCB来统一表示执行流，这样的话就不需要为线程单独设计数据结构和调度算法了；像进程一样，线程在程序中有独立，并发的执行路径，每个线程都有它自己私有的栈空间，自己的程序计数器，自己的寄存器，但是他们共享全局数据区，文件描述符等；

问题解答

既然线程用PCB来模拟，那CPU会不会区分task_struct是线程还是进程呢？

不做区分，CPU统一将他们看做执行流；Linux中执行流统一被称为轻量级进程；

那么，既然有了多进程，为什么要有多线程呢？

进程的创建成本高，创建线程的成本低
线程调度成本低
删除线程成本低

为什么说线程调度成本低呢？

主要原因是在进程切换时，由于线程共享进程的内存空间和资源，cpu的cache中数据往往有效，因此减少了因cache不命中导致的缺页中断开销。

既然线程这么好用，为什么要有进程呢?

虽然线程有很多优势,但也不是毫无代价的.事实上,有些最可怕的bug就是由多线程引起的.设计,编写,理解以及最重要的----调试多线程程序,这些复杂度都是远远高于单个线程的进程. 最主要的原因:多个虚拟的处理器,但是只有一个虚拟化内存实例,当一个线程同步失败,就会使整个进程运行出错以及程序崩溃;

线程资源

线程共享资源:

进程地址空间
文件描述符表
信号处理方式
当前工作目录
用户ID和组ID

线程私有资源:

线程ID
私有栈空间(重要)
一组寄存器(重要)
程序计数器
errno变量
调度优先级
信号屏蔽字

线程控制

线程创建

pthread_create:创建线程

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include<pthread.h>
using namespace std;

void *pthreadRun(void *args)
{
    while(true)
    {

        cout<<"I am "<<(const char *)args<<endl;
        sleep(1);
    }
    return nullptr;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,nullptr,pthreadRun,(void *)"thread-1");

    while(true)
    {
        cout<<"I am main thread"<<endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

运行结果:

如何全面看待线程函数传参

给线程传参可以是任意类型,也可以是类对象类型;

void* 指针可以指向任意类型的数据;

具体的void*内容可以看下面的文章:

c语言---指针（1）-CSDN博客

(1)

运行结果：

(2)不推荐

运行结果：

既然不推荐的话,怎么优化呢?

    ThreadData *td =new ThreadData();
    td->name="thread";
    td->num="1";

如何看到线程函数返回

只考虑正确的返回,不考虑异常,因为异常了,整个进程就崩溃了,包括主线程
可以传任意参数,也可以是任意类对象

运行结果：

线程查询

怎么查询线程有没有创建成功呢?

ps -aL:查询线程

ps ajx:查询进程

我们会发现同一个进程下创建的多线程的PID是一样的,但是每个线程的LWP是不一样的;其实OS调度时看到是LWP并不是PID,我们在没有学习线程的时候说的是PID,和现在的说法不是冲突了吗?其实并不是我们之前创建的不管是多进程还是单进程,在进程中都是只有一个执行流的,那是PID和LWP是相同的,所以我们之前所说的PID,其实看到还是LWP只不过LWP和PID一样;学完线程后,我们以后就要说LWP了;

怎么查询线程的LWP呢?

void *pthreadRun(void *args)
{
    cout<<"tid :"<<pthread_self()<<endl;
    while(true)
    {

        cout<<"I am "<<(const char *)args<<endl;
        sleep(1);
    }
    return nullptr;
}

运行结果：

线程等待

我们期望主线程先退出还是新线程最后退出? ----> 当然是主线程了,那如何保证main thread最后退出呢?

join来保证,这时就要用到pthread_join来等待新线程;

int main()
{
    pthread_t tid;
    int n=pthread_create(&tid,nullptr,pthreadRun,(void *)"thread-1");
    if(n!=0)
    {
        cout<<strerror(errno)<<endl;
        return 1;
    }

    //期望谁最后退出？主线程，还是新线程  -->main thread 如何保证？
    n = pthread_join(tid,nullptr);
    if(n==0)
    {
        cout<<"main thread wait sucess"<<endl;
    }

    return 0;
}

运行结果：