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Linux系统编程8：多线程编程

Linux系统编程8：多线程编程

作者: jdzhangxin | 来源:发表于2018-05-05 09:05 被阅读80次

1. 概念

线程是比进程更小的能独立运行的基本单位，线程基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如线程ID,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

一个线程包含以下内容：

  1. 指向当前被执行指令的指令指针；
  2. 栈；
  3. 寄存器值的集合，定义了一部分描述正在执行线程的处理器状态的值；
  4. 私有的数据区
进程与线程静态
进程与线程动态
  • 参考
man 7 threads

2. 查看线程

  • 命令
No. 命令 含义
1 ps -T -p <pid> -T开启线程查看
2 top -H -p <pid> -H开启线程查看
  • 文件
No. 文件 含义
1 /proc/{PID}/task/ 线程默认的名字和进程名相同
2 /proc/{PID}/task/{tid}/comm 线程名

3. 操作

No. 操作 函数
1 线程标识 pthread_t pthread_self(void)
2 线程名字 int prctl(int option, unsigned long arg2)
3 线程创建 int pthread_create(pthread_t * tidp, pthread_attr_t * attr, void *(*start_rtn)(void), void * arg)
4 子线程终止 void pthread_exit(void* retval)
5 线程合并 int pthread_join(pthread_t tid, void **retval)
6 线程分离 int pthread_detach(pthread_t tid)
7 发送信号 int pthread_kill(pthread_t tid, int sig)

3.1 线程标识

pthread_t pthread_self(void)
  • 返回值
    当前线程的线程ID

线程ID打印使用%lu

3.2 线程名字

int prctl(int option, unsigned long arg2)
  • 参数
No. 参数 含义
1 option PR_GET_NAME：获得当前线程的名字；PR_SET_NAME：设置当前线程的名字
2 arg2 线程名的长度最大为15字节，且应该以'\0'结尾
  • 返回值
No. 返回值 含义
1 0 成功
2 非0 出错
  • 获取线程名称
#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);
}
  • 设置线程名称
#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);
}

3.3 线程创建

int pthread_create(pthread_t * tidp, pthread_attr_t * attr, void *(*start_rtn)(void), void * arg)
  • 参数
No. 参数 含义
1 tidp 线程ID指针
2 attr 线程属性
  • 示例
    两个线程并发执行
#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){
    int i = 0;
    for(;i<100;i++){
        usleep(500000);
        info();
    }
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    int i = 0;
    for(;i<100;i++){
        sleep(1);
        info();
    }
    sleep(1);
}

模拟抢票

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/prctl.h>
 
long ticket = 1000000;
 
void* method(void* arg){
    while(ticket > 0){
        ticket--;
        printf("%lu get a ticket, leave %d\n",pthread_self(),ticket);
        //sleep(1);
    }
}
 
int main(){
    pthread_t tid;
    pthread_setconcurrency(5);
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    pthread_create(&tid,NULL,method,NULL);
    pause();
}

3.4 子线程退出

子线程退出有两种方式

  1. 线程处理函数return。
  2. 调用子线程终止
void pthread_exit(void* retval)
  • 参数
No. 参数 含义
1 retval 函数的返回指针，只要pthread_join中的第二个参数retval不是NULL，这个值将被传递给retval

用在线程回调函数中，返回线程数据

3.5 线程合并

int pthread_join(pthread_t tid, void **retval)
  • 参数
No. 参数 含义
1 tid 被等待的线程标识符
2 retval 一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值
  • 返回值
No. 返回值 含义
1 0 成功
2 非0 错误码

可以由其他线程终止，回收资源

  • 示例
    无传参的情况
#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);
}

有传参的情况

#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();
    printf("arg:%s",arg);
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    char test[]="hello thread";
    pthread_create(&tid,NULL,method,test);
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    pthread_join(tid,NULL);
}
  • 线程参数
    局部变量可以作为线程参数的情况
#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();
    printf("arg:%s",arg);
    return "this is return value";
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    char test[]="hello thread";
    pthread_create(&tid,NULL,method,test);
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    void* res = NULL;
    pthread_join(tid,&res);
    printf("res:%s\n",res);
}

局部变量不能作为线程参数的情况

#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();
    printf("arg:%s",arg);
}
 
pthread_t create_thread(){
    pthread_t tid;
    char test[] = "Hello thread";
    pthread_create(&tid,NULL,method,(void*)test);
    return tid;
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    //char test[]="hello thread";
    //pthread_create(&tid,NULL,method,test);
    tid = create_thread();
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    pthread_join(tid,NULL);
}

只读变量可以作为线程参数的情况

#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();
    printf("arg:%s",arg);
}
 
pthread_t create_thread(){
    pthread_t tid;
    const char* test = "Hello thread";
    pthread_create(&tid,NULL,method,(void*)test);
    return tid;
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    //char test[]="hello thread";
    //pthread_create(&tid,NULL,method,test);
    tid = create_thread();
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    pthread_join(tid,NULL);
}

堆变量可以作为线程参数的情况

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.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();
    printf("arg:%s",arg);
    free(arg);
}
 
pthread_t create_thread(){
    pthread_t tid;
    char* test = malloc(BUFSIZ);
    strcpy(test,"Hello thread");
    pthread_create(&tid,NULL,method,(void*)test);
    return tid;
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    //char test[]="hello thread";
    //pthread_create(&tid,NULL,method,test);
    tid = create_thread();
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    pthread_join(tid,NULL);
}

静态变量可以作为线程参数的情况

#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();
    printf("arg:%s",arg);
}
 
pthread_t create_thread(){
    pthread_t tid;
        static char test[] = "Hello thread";
    pthread_create(&tid,NULL,method,(void*)test);
    return tid;
}
 
int main(){
    info();
    pthread_t tid;
    //char test[]="hello thread";
    //pthread_create(&tid,NULL,method,test);
    tid = create_thread();
    printf("new tid:%lu\n",tid);
    //sleep(1);
    pthread_join(tid,NULL);
}

3.6 线程分离

int pthread_detach(pthread_t tid)
  • 参数
No. 参数 含义
1 tid 要释放线程的标识符ID
  • 返回值
No. 返回值 含义
1 0 成功
2 非0 错误码

不能被其他线程终止，存储资源在它终止时由系统自动回收释放
线程分离后不能使用join。

4. 进程线程比较

4.1 接口对比

No. Process Primitive Thread Primitive Description
1 getpid() pthread_self() 获得控制流的id
2 fork() pthread_create() 创建新的控制流
3 exit() pthread_exit() 退出已有的控制流
4 waitpid() pthread_join() 等待控制流并获得结束代码

4.2 特性对比

No. 特性 进程 线程
1 粒度 系统资源分配和调度的基本单位 CPU调度和分派的基本单位
2 资源 有独立的地址空间 共享进程的地址空间
3 效率 上下文切换要较慢 上下文切换较快
4 稳定性 子进程崩溃，不影响父进程与其他子进程 任何一个线程崩溃，整个程序崩溃

5 线程通信

全局变量

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