建筑设计作品展示网站,墨星写作网站app下载,暗色系网站,传媒公司取名字大全目录 一.Linux线程的概念
1.1什么是线程
1.2 线程的优点
1.3 线程的缺点
1.4 线程异常
1.5 线程用途
二. Linux进程VS线程
2.1 进程和线程
三. Linux线程控制
3.1 POSIX线程库
3.2 创建线程
3.3 进程ID和线程ID
3.4 线程ID及进程地址空间布局
3.5 线程终止
3.6 线…目录 一.Linux线程的概念
1.1什么是线程
1.2 线程的优点
1.3 线程的缺点
1.4 线程异常
1.5 线程用途
二. Linux进程VS线程
2.1 进程和线程
三. Linux线程控制
3.1 POSIX线程库
3.2 创建线程
3.3 进程ID和线程ID
3.4 线程ID及进程地址空间布局
3.5 线程终止
3.6 线程等待
3.6.1 为什么需要线程等待
3.7 分离线程 一.Linux线程的概念
1.1什么是线程 在一个程序里的一个执行路线就叫做线程thread。更准确的定义是线程是“一个进程内部的控制序列”一切进程至少都有一个执行线程线程在进程内部运行本质是在进程地址空间内运行在Linux系统中在CPU眼中看到的PCB都要比传统的进程更加轻量化透过进程虚拟地址空间可以看到进程的大部分资源将进程资源合理分配给每个执行流就形成了线程 执行流 1.2 线程的优点 创建一个新线程的代价要比创建一个新进程小得多与进程之间的切换相比线程之间的切换需要操作系统做的工作要少很多线程占用的资源要比进程少很多能充分利用多处理器的可并行数量在等待慢速I/O操作结束的同时程序可执行其他的计算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实现I/O密集型应用为了提高性能将I/O操作重叠。线程可以同时等待不同的I/O操作。 1.3 线程的缺点
性能损失 一个很少被外部事件阻塞的计算密集型线程往往无法与共它线程共享同一个处理器。 如果计算密集型 线程的数量比可用的处理器多那么可能会有较大的性能损失这里的性能损失指的是增加了额外的 同步和调度开销而可用的资源不变。 健壮性降低 编写多线程需要更全面更深入的考虑在一个多线程程序里因时间分配上的细微偏差或者因共享了 不该共享的变量而造成不良影响的可能性是很大的换句话说线程之间是缺乏保护的。 缺乏访问控制 进程是访问控制的基本粒度在一个线程中调用某些OS函数会对整个进程造成影响。 编程难度提高 编写与调试一个多线程程序比单线程程序困难得多 1.4 线程异常 单个线程如果出现除零野指针问题导致线程崩溃进程也会随着崩溃线程是进程的执行分支线程出异常就类似进程出异常进而触发信号机制终止进程进程终止该 进程内的所有线程也就随即退出 1.5 线程用途 合理的使用多线程能提高CPU密集型程序的执行效率合理的使用多线程能提高IO密集型程序的用户体验如生活中我们一边写代码一边下载开发工具就是 多线程运行的一种表现 二. Linux进程VS线程
2.1 进程和线程 进程是资源分配的基本单位线程是调度的基本单位线程共享进程数据但也拥有自己的一部分数据: 线程ID一组寄存器栈 errno信号屏蔽字调度优先级 进程的多个线程共享 同一地址空间,因此Text Segment文本段、Data Segment数据段都是共享的,如果定义一个函数,在各线程中 都可以调用,如果定义一个全局变量,在各线程中都可以访问到,除此之外,各线程还共享以下进程资源和环境:
文件描述符表每种信号的处理方式(SIG_ IGN、SIG_ DFL或者自定义的信号处理函数)当前工作目录用户id和组id
三. Linux线程控制
3.1 POSIX线程库 与线程有关的函数构成了一个完整的系列绝大多数函数的名字都是以“pthread_”打头的要使用这些函数库要通过引入头文pthread.h链接这些线程函数库时要使用编译器命令的“-lpthread”选项 3.2 创建线程 功能创建一个新的线程 原型 int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void*), void *arg); 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 错误检查:
传统的一些函数是成功返回0失败返回-1并且对全局变量errno赋值以指示错误。pthreads函数出错时不会设置全局变量errno而大部分其他POSIX函数会这样做。而是将错误代码通过返 回值返回pthreads同样也提供了线程内的errno变量以支持其它使用errno的代码。对于pthreads函数的错误建议通 过返回值业判定因为读取返回值要比读取线程内的errno变量的开销更小
#include unistd.h
#include stdlib.h
#include stdio.h
#include string.h
#include pthread.hvoid* rout(void* arg)
{int i;for (; ; ) {printf(Iam thread 1\n);sleep(1);}
}
int main(void)
{pthread_t tid;int ret;if ((ret pthread_create(tid, NULL, rout, NULL)) ! 0) {fprintf(stderr, pthread_create : %s\n, strerror(ret));exit(EXIT_FAILURE);}int i;for (; ; ){printf(Iam main thread\n);sleep(1);}
}
3.3 进程ID和线程ID
在Linux中目前的线程实现是Native POSIX Thread Libaray,简称NPTL。在这种实现下线程又被称为轻量 级进程(Light Weighted Process),每一个用户态的线程在内核中都对应一个调度实体也拥有自己的进程描 述符(task_struct结构体)。没有线程之前一个进程对应内核里的一个进程描述符对应一个进程ID。但是引入线程概念之后情况 发生了变化一个用户进程下管辖N个用户态线程每个线程作为一个独立的调度实体在内核态都有自己的 进程描述符进程和内核的描述符一下子就变成了1N关系POSIX标准又要求进程内的所有线程调用 getpid函数时返回相同的进程ID如何解决上述问题呢Linux内核引入了线程组的概念。
struct task_struct
{...pid_t pid;pid_t tgid;...struct task_struct *group_leader;...struct list_head thread_group;...
};
多线程的进程又被称为线程组线程组内的每一个线程在内核之中都存在一个进程描述符task_struct 与之对应。进程描述符结构体中的pid表面上看对应的是进程ID其实不然它对应的是线程ID;进程描述符中的tgid含义是Thread Group ID,该值对应的是用户层面的进程ID ps命令中的-L选项会显示如下信息 LWP:线程ID既gettid()系统调用的返回值。NLWP:线程组内线程的个数 可以看出上面 threadpool 进程是多线程的进程ID为157397进程内有3个线程线程ID分别为157387 157414 157415。
Linux提供了gettid系统调用来返回其线程ID可是glibc并没有将该系统调用封装起来在开放接口来共程序员使 用。如果确实需要获得线程ID可以采用如下方法
#include sys/syscall.h
pid_t tid; tid syscall(SYS_gettid);
从上面可以看出threadpool 进程的ID为157397下面有一个线程的ID也是157397这不是巧合。线程组内的第一 个线程在用户态被称为主线程(main thread),在内核中被称为group leader内核在创建第一个线程时会将 线程组的ID的值设置成第一个线程的线程IDgroup_leader指针则指向自身既主线程的进程描述符。所以 线程组内存在一个线程ID等于进程ID而该线程即为线程组的主线程。
/* 线程组ID等于线程IDgroup_leader指向自身 */
p-tgid p-pid;
p-group_leader p;
INIT_LIST_HEAD(p-thread_group);
至于线程组其他线程的ID则由内核负责分配其线程组ID总是和主线程的线程组ID一致无论是主线程直接创建线程还是创建出来的线程再次创建线程都是这样。
if ( clone_flags CLONE_THREAD )
p-tgid current-tgid;
if ( clone_flags CLONE_THREAD ) {
P-group_lead current-group_leader;
list_add_tail_rcu(p-thread_group, p-group_leader-thread_group);
}
强调一点线程和进程不一样进程有父进程的概念但在线程组里面所有的线程都是对等关系。
3.4 线程ID及进程地址空间布局
pthread_ create函数会产生一个线程ID存放在第一个参数指向的地址中。该线程ID和前面说的线程ID不是 一回事。前面讲的线程ID属于进程调度的范畴。因为线程是轻量级进程是操作系统调度器的最小单位所以需要 一个数值来唯一表示该线程。pthread_ create函数第一个参数指向一个虚拟内存单元该内存单元的地址即为新创建线程的线程ID属于 NPTL线程库的范畴。线程库的后续操作就是根据该线程ID来操作线程的。线程库NPTL提供了pthread_ self函数可以获得线程自身的ID pthread_t pthread_self(void); pthread_t到底是什么类型呢取决于实现。对于Linux目前实现的NPTL实现而言pthread_t类型的线程ID本质就 是一个进程地址空间上的一个地址。 3.5 线程终止
如果需要只终止某个线程而不终止整个进程,可以有三种方法: 从线程函数return。这种方法对主线程不适用,从main函数return相当于调用exit。线程可以调用pthread_ exit终止自己。一个线程可以调用pthread_ cancel终止同一进程中的另一个线程。 pthread_exit函数 功能线程终止 原型 void pthread_exit(void *value_ptr); 参数 value_ptr:value_ptr不要指向一个局部变量。 返回值无返回值跟进程一样线程结束的时候无法返回到它的调用者自身 需要注意,pthread_exit或者return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者是用malloc分配的,不能在线程函数 的栈上分配,因为当其它线程得到这个返回指针时线程函数已经退出了。
pthread_cancel函数 功能取消一个执行中的线程 原型 int pthread_cancel(pthread_t thread); 参数 thread:线程ID 返回值成功返回0失败返回错误码 3.6 线程等待
3.6.1 为什么需要线程等待 已经退出的线程其空间没有被释放仍然在进程的地址空间内。创建新的线程不会复用刚才退出线程的地址空间。 功能等待线程结束 原型 int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr); 参数 thread:线程ID value_ptr:它指向一个指针后者指向线程的返回值 返回值成功返回0失败返回错误码 调用该函数的线程将挂起等待,直到id为thread的线程终止。thread线程以不同的方法终止,通过pthread_join得到的终止状态是不同的总结如下: 如果thread线程通过return返回,value_ ptr所指向的单元里存放的是thread线程函数的返回值。如果thread线程被别的线程调用pthread_ cancel异常终掉,value_ ptr所指向的单元里存放的是常数PTHREAD_ CANCELED。如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的,value_ptr所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数。如果对thread线程的终止状态不感兴趣,可以传NULL给value_ ptr参数。 #include stdio.h
#include stdlib.h
#include string.h
#include unistd.h
#include pthread.h
void *thread1(void *arg)
{printf(thread 1 returning ... \n);int *p (int *)malloc(sizeof(int));*p 1;return (void *)p;
}
void *thread2(void *arg)
{printf(thread 2 exiting ...\n);int *p (int *)malloc(sizeof(int));*p 2;pthread_exit((void *)p);
}
void *thread3(void *arg)
{while (1){ //printf(thread 3 is running ...\n);sleep(1);}return NULL;
}
int main(void)
{pthread_t tid;void *ret;// thread 1 returnpthread_create(tid, NULL, thread1, NULL);pthread_join(tid, ret);printf(thread return, thread id %lX, return code:%d\n, tid, *(int *)ret);free(ret);// thread 2 exitpthread_create(tid, NULL, thread2, NULL);pthread_join(tid, ret);printf(thread return, thread id %lX, return code:%d\n, tid, *(int *)ret);free(ret);// thread 3 cancel by otherpthread_create(tid, NULL, thread3, NULL);sleep(3);pthread_cancel(tid);pthread_join(tid, ret);if (ret PTHREAD_CANCELED)printf(thread return, thread id %lX, return code:PTHREAD_CANCELED\n, tid);elseprintf(thread return, thread id %lX, return code:NULL\n, tid);
} 3.7 分离线程 默认情况下新创建的线程是joinable的线程退出后需要对其进行pthread_join操作否则无法释放资源从而造成系统泄漏。如果不关心线程的返回值join是一种负担这个时候我们可以告诉系统当线程退出时自动释放线程资源。 int pthread_detach(pthread_t thread);
可以是线程组内其他线程对目标线程进行分离也可以是线程自己分离:
pthread_detach(pthread_self());
joinable和分离是冲突的一个线程不能既是joinable又是分离的。
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include string.h
#include unistd.h
#include pthread.h
void *thread_run(void *arg)
{pthread_detach(pthread_self());printf(%s\n, (char *)arg);return NULL;
}
int main(void)
{pthread_t tid;if (pthread_create(tid, NULL, thread_run, (void *)thread1 run...) ! 0){printf(create thread error\n);return 1;}int ret 0;sleep(1); // 很重要要让线程先分离再等待if (pthread_join(tid, NULL) 0){printf(pthread wait success\n);ret 0;}else{printf(pthread wait failed\n);ret 1;}return ret;
}
