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linux 线程基础

程序员文章站 2022-07-11 17:14:34
线程基础函数 查看进程中有多少个线程,查看线程的LWP 执行结果:LWP列 线程共享的资源: 注意:信号和线程最好不要一起使用。又用信号又用多线程的架构不太合理。 文件描述符表 信号的处理方式 当前工作目录 用户ID和组ID 内存地址空间(.text/.data/.bss/heap/共享库,栈区(s ......

线程基础函数

查看进程中有多少个线程,查看线程的lwp

ps -lf 进程id(pid)

执行结果:lwp列

y:~$ ps -lf 1887
uid        pid  ppid   lwp  c nlwp stime tty      stat   time cmd
ys        1887  1341  1887  0    3 14:57 tty2     sl     0:00 /usr/lib/ibus/ibus
ys        1887  1341  1889  0    3 14:57 tty2     sl     0:00 /usr/lib/ibus/ibus
ys        1887  1341  1890  0    3 14:57 tty2     sl     0:00 /usr/lib/ibus/ibus

线程共享的资源:

注意:信号和线程最好不要一起使用。又用信号又用多线程的架构不太合理。

  • 文件描述符表
  • 信号的处理方式
  • 当前工作目录
  • 用户id和组id
  • 内存地址空间(.text/.data/.bss/heap/共享库,栈区(stack)不共享)

非线程共享的资源:

  • 线程id

  • 处理器现场和栈指针(内核栈)

  • 独立的栈空间(用户空间栈)

  • errno变量

    • 所以不能用函数perrno打印错误信息了。

    • 使用strerror函数打印错误信息

      #include <string.h>
      char *strerror(int errnum);
      • errnum:errno
  • 阻塞信号集合

  • 调度优先级

现场优,缺点

  • 优点:1,提高程序并发性。2,开销小。3,数据通信,共享方便
  • 缺点:1,因为使用的时库函数,所以不太稳定。2,调试,编写困难。3,对信号支持不好。

进程和线程都是通过系统函数clone创建的。

每个线程有自己独立的pcb

linux 线程基础

pcb:进程控制块结构体:/usr/src/linux-headers-4.15.0-29/include/linux/sched.h

  • 进程id:系统中每个进程有唯一的id,在c语言中用pid_t类型表示,是个非负整数。

  • 进程状态:就绪,运行,挂起,停止等状态

  • 描述虚拟地址空间的信息

  • 描述控制终端的信息

  • 进程执行时的当前工作目录(current working directory)

  • umask掩码

  • 文件描述符表,包含很多指向file结构体的指针

  • 和信号相关的信息

  • 用户id和组id

  • 会话(session)和进程组

  • 进程可以使用的资源上限(resource limit)

    用【ulimit -a】查看:

    ys@ys:~$ ulimit -a
    core file size          (blocks, -c) 0
    data seg size           (kbytes, -d) unlimited
    scheduling priority             (-e) 0
    file size               (blocks, -f) unlimited
    pending signals                 (-i) 7743
    max locked memory       (kbytes, -l) 16384
    max memory size         (kbytes, -m) unlimited
    open files                      (-n) 1024
    pipe size            (512 bytes, -p) 8
    posix message queues     (bytes, -q) 819200
    real-time priority              (-r) 0
    stack size              (kbytes, -s) 8192
    cpu time               (seconds, -t) unlimited
    max user processes              (-u) 7743
    virtual memory          (kbytes, -v) unlimited
    file locks                      (-x) unlimited

pthread_create函数:创建一个线程,并开始执行这个线程

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                          void *(*start_routine) (void *), void *arg);
  • thread:线程的id
  • attr:线程的属性,一般不使用
  • start_routine:函数指针
  • arg:start_routine函数的参数
  • 返回值:成功返回0;失败返回errno

编译的时候要加【-lpthread】

pthread_self函数:得到线程的id

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);

例子:得到主线程的id和子线程的id。注意要sleep1秒,不睡的话,主线程就先结束了,所以子线程里的打印打不出来。

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

void * thr(void* args){
  printf("in thread %d, %lu\n", getpid(), pthread_self());
}

int main(){
  pthread_t tid;
  pthread_create(&tid, null, thr, null);
  printf("in main thread %d, %lu\n", getpid(), pthread_self());
  sleep(1);
  return 0;
}

pthread_exit函数:终止线程

#include <pthread.h>
void pthread_exit(void *retval);
  • retval:线程的返回值

改进上面的例子,用pthread_exit代替sleep

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

void * thr(void* args){
  printf("in thread %d, %lu\n", getpid(), pthread_self());
  //exit(1);//不要在子线程里调用此函数,调用的结果是把整个进程终止了。
  //return null;//可以使用
  //pthread_exit(null);//可以使用
}

int main(){
  pthread_t tid;
  pthread_create(&tid, null, thr, null);
  printf("in main thread %d, %lu\n", getpid(), pthread_self());
  //sleep(1);
  pthread_exit(null);
  return 0;
}

终止线程时的注意事项

  • 要使用pthread_exit函数,不能使用exit函数
  • 也可以使用return,但是在主线程里使用return的话,就把进程终止了。
  • exit是推出进程,所以不要在线程函数里调用exit函数

pthread_join函数:阻塞等待回收线程资源,其实也是等待线程结束,所以是阻塞的函数,线程不执行完,pthread_join就一直处于阻塞状态,类似wait函数(回收子进程的函数,也是阻塞的)。并且它的第二个参数是可以接收线程的返回值的。

线程不回收也会变成僵尸线程,线程里也有pcb资源,也要回收。

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
  • thread:函数pthread_create调用后,传出的第一个参数的值,也就是线程的id
  • retval:二级指针,线程推出时,返回的信息。
  • 返回值:成功返回0;失败返回errno

例子:实验pthread_join是否是阻塞。

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

void * thr(void* args){
  printf("in thread %d, %lu\n", getpid(), pthread_self());
  sleep(1);
  return (void*)200;
}

int main(){
  pthread_t tid;
  pthread_create(&tid, null, thr, null);
  printf("in main thread %d, %lu\n", getpid(), pthread_self());

  void *ret;
  pthread_join(tid, &ret);
  printf("return value:%d\n", (int)ret);

  return 0;
}

结果分析,发现在子线程睡的1秒内,pthread_join是阻塞的,线程的返回值200,也可以打印出来,但是编译有警告。

用pthread_exit函数也可以设置线程的返回值和return的效果一模一样。

pthread_exit((void*)11);
return (void*)11;

pthread_cancel函数:终止线程,并把线程的返回值设置为-1(是个宏)

#include <pthread.h>
int pthread_cancel(pthread_t thread);
  • thread:线程id
  • 返回值:成功返回0;失败返回errno

例子:验证被函数pthread_cancel终止的进程的返回值。

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


void * thr(void* args){
  while(1){
    printf("in thread %d, %lu\n", getpid(), pthread_self());
    sleep(1);
  }

  pthread_exit((void*)101);
  //return (void*)200;
}

int main(){
  pthread_t tid;
  pthread_create(&tid, null, thr, null);

  sleep(5);
  pthread_cancel(tid);

  void *ret;
  pthread_join(tid, &ret);
  printf("return value:%d\n", (int)ret);

  return 0;
}

注意:pthread_cancel能够执行成功的前提是要终止的线程里必须有cancellation points。也就是说线程里不能光是一个空的死循环,循环里至少要有一行代码,否则pthread_cancel不能执行成功。

pthread_detach函数:从父线程中分离出线程,也就是说这个子线程不受父线程的控制了,父线程不再需要回收这个子线程的资源了,也就是不可以调用pthread_join函数去回收它所占的资源了。

#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);
  • thread:线程id
  • 返回值:成功返回0;失败返回errno

例子:验证分离后,不可以调用pthread_join函数。

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


void * thr(void* args){
  while(1){
    printf("in thread %d, %lu\n", getpid(), pthread_self());
    sleep(1);
  }

  pthread_exit((void*)101);
  //return (void*)200;
}

int main(){
  pthread_t tid;
  pthread_create(&tid, null, thr, null);

  sleep(5);
  pthread_detach(tid);

  int ret = pthread_join(tid, null);
  if(ret != 0){
    printf("return value:%d, %s\n", ret, strerror(ret));
  }
  
  return 0;
}

结果分析:打印出下面的,errno是22.

return value:22, invalid argument

查看线程库函数的版本:nptl 2.27(nptl:native posix thread library)

getconf gnu_libpthread_version
nptl 2.27

线程创建多少个性能好?

cpu核数*2 + 2

pthread_equal函数:判断2个线程id是否相同

#include <pthread.h>
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

虽然线程id的类型是pthread_t,也就是无符号长整形,但是也不推荐用==去判断,因为linux后续的版本有可能把pthread_t类型变为构造。

注意:在同一个进程内,线程id是唯一的。但是在不同的进程里,可以参数相同的线程id。这点和进程的id不同,进程id肯定是唯一的。

创建线程时,pthread_create函数的第二参数,可以设置线程的属性。

设置线程属性的步骤:

1,调用pthread_attr_init函数

#include <pthread.h>
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

2,设置属性。设置属性的函数如下:

pthread_attr_getaffinity_np   pthread_attr_setaffinity_np
pthread_attr_getdetachstate   pthread_attr_setdetachstate
pthread_attr_getguardsize     pthread_attr_setguardsize
pthread_attr_getinheritsched  pthread_attr_setinheritsched
pthread_attr_getschedparam    pthread_attr_setschedparam
pthread_attr_getschedpolicy   pthread_attr_setschedpolicy
pthread_attr_getscope         pthread_attr_setscope
pthread_attr_getstack         pthread_attr_setstack
pthread_attr_getstackaddr     pthread_attr_setstackaddr
pthread_attr_getstacksize     pthread_attr_setstacksize

3,调用pthread_attr_destroy函数

#include <pthread.h>
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

举例:先指定线程的属性是detatch,然后再创建线程。创建线程后就不用再调用pthread_detach函数了。这么做的好处是,如果线程的执行时间特别短,还没调用pthread_detach函数,线程就结束了的情况,程序也可以正常回收线程的资源。

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

void * thr(void* arg){
  printf("thread\n");
}

int main(){

  pthread_attr_t attr;
  pthread_attr_init(&attr);

  pthread_attr_setdetachstate(&attr, pthread_create_detached);

  pthread_t tid;
  pthread_create(&tid, &attr, thr, null);

  int ret = pthread_join(tid, null);
  if(ret > 0){
    printf("ret:%d, %s\n", ret, strerror(ret));    
  }
  
  pthread_attr_destroy(&attr);
}

线程传递参数的例子

用malloc开辟内存空间,记得释放。

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

void * thr(void* arg){
  int* pi = arg;
  printf("%d thread\n", *pi);
  *pi = 100 + *pi;
  return pi;
}

int main(){

  pthread_t tid[5];
  int* pi[5];
  for(int j = 0; j < 5; ++j){
    pi[j] = (int*)malloc(sizeof(int));
  }
  int i = 0;
  for(; i < 5; ++i){
    *pi[i] = i;
    pthread_create(&tid[i], null, thr, pi[i]);
  }

  void* ret;
  for(i = 0; i < 5; ++i){
    pthread_join(tid[i], &ret);
    printf("ret:%d\n", *(int*)ret);
  }

  for(int i = 0; i < 5; ++i){
    free(pi[i]);
  }
}