線程基礎
線程是進程的一個執行單元，執行一段程序片段，線程共享全局變量；線程的查看可以使用命令或者文件來進行查看；命令：ps -T -p <pid> -T:表示用于開啟線程查看；top -H -p <pid> -H 用于開啟線程查看；還可以通過htop 使用F2開啟樹狀圖查看選項，或者開啟顯示自定義線程名選項；F10用于退出設置；文件：/proc/PID/task 線程的名字默認和進程相同；/proc/PID/task/comm線程名稱；
線程的相關函數
線程標識
pthread_t pthread_self(void)；返回值是當前線程ID，可以使用%lu打印線程pid的值；設置線程名稱：int prctl(int option,unsigned long arg2)；PR_GET_NAME用于獲得當前線程的名字，PR_SET_NAME，用于設置當前線程的名字；arg2：線程名稱最大長度為15個字節，并且應該以'\0'結尾，一共16個字符；返回值：0表示成功非0表示出錯；
thread01.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
int main(){
printf("PID:%d,TID:%lu\n",getpid(),pthread_self());
char name[16] = {0};
prctl(PR_SET_NAME,"test");
prctl(PR_GET_NAME,name);
printf("TNAME:%s\n",name);
}
thread02.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
int info(){
printf("PID:%d,TID:%lu",getpid(),pthread_self());
char name[16] = {0};
prctl(PR_GET_NAME,name);
printf("TNAME:%s\n",name);
}
void* method(void* arg){
info();
}
int main(){
info();
pthread_t tid;
pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
printf("new tid:%lu\n",tid);
sleep(1);
}
線程創建
int pthread_create(pthread_t *tidp,pthread_attr_t *attr,void (start_rtn)(void),void *arg)；tidp：線程ID指針；
?attr：線程屬性：綁定：pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int scope)；scope：PTHREAD_SCOPE_PROCESS：表示不進行綁定，這個是默認的選項；PTHREAD_SCOPE_SYSTEM表示綁定輕進程(LWP)/內核線程；
?分離：pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate)；detachstate：PTHREAD_CREATE_DETACHED：表示分離線程；PTHREAD_CREATE_JOINABLE表示非分離線程；
?線程使用的是缺省的堆棧，線程的優先級和父進程同級別；
線程的ID指針返回值是void類型的指針函數；arg：表示的是start_rtn的形式參數；返回值0表示成功，非0表示出錯；
線程消亡
線程的消亡分為正常終止和線程取消兩種情況；線程正常終止：對于子線程來說線程處理函數return 返回一個返回值，線程可以終止，線程終止還可以調用pthread_exit(void* retval);來進行處理，retval：表示函數的返回指針，只要pthread_join中的第二個參數retval不是NULL，這個值江北傳遞給retval，如果用在線程回調函數中，將返回線程數據；
對于主線程：線程合并：int pthread_join(pthread_t tid, void **retval)；tid：被等待的線程標識符，retval一個用戶定義的指針，它可以用來存儲被等待線程的返回值，返回值：0表示成功，非0表示錯誤碼；當進行線程合并時，可以由其他線程來終止，并且回收資源；
pthread_join.c：線程取消函數
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
int info(){
printf("PID:%d,TID:%lu",getpid(),pthread_self());
char name[16] = {0};
prctl(PR_GET_NAME,name);
printf("TNAME:%s\n",name);
}
void* method(void* arg){
sleep(5);
info();
}
int main(){
info();
pthread_t tid;
pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
printf("new tid:%lu\n",tid);
//sleep(1);
pthread_join(tid,NULL);
}
主線程終止的另一種方式是線程分離int pthread_detach(ppthread_t tid)；tid：表示要釋放線程的標識符，返回值0表示成功，非0表示錯誤碼；但是這樣是不能被其他線程終止的，存儲在它終止時，有系統自動的回收釋放；
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線程取消：取消點取消，如果線程接收到取消信號，到達指定位置才能能取消，取消點取消分為手動：void pthread_testcancle(void)；自動：通過引起阻塞的系統調用來取消；
?線程取消：發送取消信號：int pthread_cancel(pthread_t pthread)，需要注意的是：發送成功并不一定意味著thread線程就會終止，發送CANCEL指令后，使用pthread_join 函數，等待指定的線程完全退出以后，在繼續執行，否則容易產生段錯誤；函數的返回值0表示成功，非0值表示失敗；
?設置當前線程的取消類型：int pthread_setcancelstate(int state，int *oldstate)；state：PTHREAD_CANCEL_ENABLE：線程取消啟用；PTHREAD_CANCEL_DISABLE：表示線程取消禁用；oldstate：表示線程之前的狀態；
?設置當前線程的取消類型：int pthread_setcanceltype(int type,int *oldtype)；type：PTHREAD_CANCEL_DEFFERED：表示取消點取消；PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS：表示立即退出；oldstate：表示之前的取消類型；
?設置取消點：void pthread_testcanel(void)；
pthread_cancel.c
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
long count = 0;
void* default_func(void* arg){
for(;;){
pthread_testcancel();
count++;
}
}
void* disable_func(void* arg){
pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE,NULL);
for(;;){
pthread_testcancel();
count++;
}
}
void* force_func(void* arg){
pthread_setcanceltype( PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS,NULL);
for(;;){
count++;
}
}
void* disable_force_func(void* arg){
pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE,NULL);
pthread_setcanceltype( PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS,NULL);
for(;;){
count++;
}
}
void* watch(void* arg){
for(;;){
sleep(1);
printf("count:%d\n",count);
}
}
void* cancel(void* arg){
sleep(5);
pthread_t* ptid = arg;
printf("cancel %lu\n",ptid[0]);
pthread_cancel(ptid[0]);
}
int main(int argc,char* argv[]){
typedef void* (*Func)(void*);
Func funcs[3] = {default_func,watch,cancel};
int c;
while((c=getopt(argc,argv,"dp"))!=-1){
switch(c){
case 'd':
funcs[0] = (funcs[0] == default_func?disable_func:disable_force_func);
break;
case 'p':
funcs[0] = (funcs[0] == default_func?force_func:disable_force_func);
break;
}
}
pthread_t tids[3];
int i=0;
for(;i<3;i++){
pthread_create(&tids[i],NULL,funcs[i],&tids);
printf("create thread %lu\n",tids[i]);
}
for(i=0;i<3;i++){
pthread_join(tids[i],NULL);
}
}
發送信號：int pthread_kill(pthread_t tid, int sig)；tid：表示線程ID，sig：信號，0表示保留信號，用于測試線程是否存在，信號為正數表示系統自定義信號或者系統自定義信號；返回值：0表示調用成功，ESRCH：表示線程不存在；EINVAL：表示信號不合法；
設置線程并發度：并發度表示線程并發的數目，int pthread_setconcurrency(int level)；獲取線程并發度：int pthread_getconcurrency(void)；
?void pthread_cleanup_push(void (routine)(void),void *arg)；void pthread_cleanup_pop(int execute)；execute通常為0；關于線程的信息可以man 7 threads；
?線程間通信使用全局變量的方式進行；
線程同步
信號量
信號量的創建：int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned int value)；sem：表示信號量對象；pshared：表示信號量的類型，0表示線程共享，<0：表示進程共享；value：用于表示初始值；返回值0表示成功，-1表示失敗；
?銷毀：int sem_destory(sem_t *sem)；sem：表示信號量對象；返回值0表示成功，-1表示失敗；
等待：包括三種：阻塞等待，int sem_wait(sem_t *sem)；sem：標識信號量對象；返回值0表示成功，-1表示失敗；非阻塞等待：int sem_trywait(sem_t *sem)；sem：表示信號量對象；返回值0表示成功，-1表示失敗；超時等待：int sem_timedwait(sem_t *sem，struct timespec *abstime)；sem：表示信號量對象；abstime：表示等待時間；-1表示等待超時，0表示成功；
?觸發：sem：信號量對象；0：表示成功；-1：表示成功；
互斥量
互斥量和信號量的區別：
?1、互斥量用于線程的互斥，信號用于線程的同步互斥：是指某一資源同時只允許一個訪問者對其進行訪問，具有唯一性和排他性，但是滬指無法限制資源訪問者對其資源的訪問順序，也就是訪問是無序的；同步：是指在互斥的基礎上，通過其它機制實現訪問者對資源的有序訪問，在大多數情況下，同步已經實現了互斥，特別是所有寫入資源的情況 都是互斥的，少數情況是指可以允許多個訪問者同時訪問資源；
?2、互斥量值只能是0或者1，信號量值可以作為非負整數，也就是說，一個互斥量只能用于一個資源的互斥訪問，它不能解決多個資源的多線程互斥問題，信號量可以實現多個同類資源的多線程互斥和同步。當信號量為單值信號量時，也可以完成一個資源的互斥訪問；
?3、互斥量的加鎖和解鎖必須有同一個線程使用，信號量可以由一個線程釋放，另一個線程得到；
?4、信號量可以允許多個線程進入臨界區，互斥體只能允許一個線程進入臨界區；
?ATM取款，toilet；互斥量分為靜態分配互斥量，實現特點是簡單，pthread_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIAVIZER；動態分配互斥量：特點是可以設置更多的選項；pthread_mutex_init(&mutex,NULL)或者pthread_mutex_destory(&mutex)；
?互斥量的操作：加鎖：互斥鎖int pthread_mutex_lock(pthread_t *mutex)；嘗試加鎖 int pthread_mutex_trylock(pthread_t *mutex)，mutex：表示的也是互斥鎖；解鎖：int pthread_mutex_unlock(pthread_t *mutex)，mutex同樣表示的是互斥鎖；
mutex01.c
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void* func(void* arg){
pthread_mutex_lock(arg);
printf("enter func\n");
sleep(1);
printf("do something\n");
sleep(1);
printf("level func\n");
pthread_mutex_unlock(arg);
}
int main(int argc,int argv[]){
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
pthread_t tids[3];
int i;
for(i=0;i<3;i++){
pthread_create(&tids[i],NULL,func,&mutex);
}
for(i=0;i<3;i++){
pthread_join(tids[i],NULL);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex);
}
mutex02.c
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void* func(void* arg){
pthread_cleanup_push(pthread_mutex_unlock,arg);
pthread_mutex_lock(arg);
printf("enter func\n");
sleep(1);
printf("do something\n");
sleep(1);
printf("level func\n");
pthread_exit(0);
pthread_cleanup_pop(0);
}
int main(int argc,int argv[]){
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
pthread_t tids[3];
int i;
for(i=0;i<3;i++){
pthread_create(&tids[i],NULL,func,&mutex);
}
for(i=0;i<3;i++){
pthread_join(tids[i],NULL);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex);
}
條件變量
線程掛起直到共享數據的某些條件得到滿足；條件變量分為靜態分配條件變量，pthread_cond_t_cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER特點是比較簡單；動態分配靜態變量：特點是可以設置更多的選項，pthread_cond_init(&cond,NULL)；或者使用pthread_cond_destory(&cond)；
操作：
?條件等待：int pthrad_cond_wait(pthread_cond_t *cond，pthread_mutex_t *mutex)；cond：表示條件變量；mutex：表示互斥鎖；
?計時等待：int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond,pthread_muex_t *mutex,const struct timespec *abstime)；cond：表示條件變量；mutex：表示互斥鎖；abstime：表示等待時間；返回值：ETIMEDOUT：表示超時等待結束；
激活操作：
?單個激活：int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond)；cond：表示條件變量，返回值0表示成功，正數表示錯誤碼；
?全部激活： int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond)；cond：表示條件變量，返回值0表示成功，正數表示錯誤碼；
線程讀寫鎖
讀取鎖是共享鎖，寫入鎖是獨占鎖；
?靜態分配讀寫鎖：pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER,特點是實現簡單；動態分配讀寫鎖：pthread_rwlock_init(&rwlock,NULL)；pthread_rwlock_destory(&rwlock)；可以用于設置更多選項
關于鎖的操作
讀取鎖：加讀取鎖：int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock *rwlock)，int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock)；加寫入鎖：int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock)；int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock)；解鎖操作：int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock)；
線程和進程的區別
接口對比：
| getpid | pthread_self | 用于獲得控制流的ID |
|---|---|---|
| fork | pthread_create | 創建新的控制流 |
| exit | pthread_exit | 退出已有的控制流 |
| waitpid | pthread_join | 等待控制流并獲得結束代碼 |
1、進程是資源分配和擁有的基本單位，線程是處理器調度的基本單位；
2、進程擁有獨立的地址空間，線程共性進程的地址空間；
3、線程上下文切換比進程上下文切換要快得多；
4、子進程崩潰不會影響其它子進程，但是任何一個線程崩潰，整個程序都會崩潰；
