Linux之線程小議

1.線程與進程的關係

說到線程概念，必須先說明進程。進程是一個運行中的程序，在操作系統中，一個程序運行起來後就會被加載到內存中。操作系統創建了一個進程描述符（PCB）對程序的運行進行描述控制。因此進程就是PCB，在Linux下用task_struct結構體來描述。Linux系統下，用進程PCB來模擬線程，因此Linux下一個線程就是一個輕量級進程。如果說PCB稱爲了線程，那麼進程就是線程組。一個進程中至少有一個或多個線程。

因爲Linux下PCB是一個線程，因此線程是CPU調度的基本單位。因爲程序運行時候分配資源，進程（線程組）是資源分配的基本單位。進程中的所有線程共用一個虛擬地址空間，因此可以共享進程的代碼段和數據段。又因爲線程之間數據的共享，所以線程之間進行通信就變得極爲簡單。

因爲每個線程都是PCB，是CPU調度的基本單位，因此線程可以同時運行，但不會造成調用棧混亂，主要是因爲每個線程都有自己的獨有數據：

1. 棧
2. 上下文數據
3. 信號屏蔽字
4. errno
5. 線程標識符

既然多進程可以並行處理任務，多線程也可以。其優缺點分析如下（根據具體使用情況）：
多線程的優點： 因爲線程共享虛擬地址空間，線程間通信簡單，線程的創建/銷燬成本更低，線程的執行粒度更細。
多線程缺點： 線程缺乏訪問控制（可以訪問虛擬地址空間中的任何一塊數據）；但線程的某些錯誤會導致整個進程退出，即健壯性較低。
注意：線程的數量也並非越多越好，因爲過多的話會導致切換頻繁，在一定程度上反而會降低性能。

2.線程控制

操作系統並沒有提供直接的創建線程的接口（用戶創建線程很麻煩），因此前輩們實現了一套線程控制接口供用戶使用。因此我們說創建的線程是一個用戶態的線程，但是在內核對應有一個輕量級進程實現程序的調度運行。

2.1 線程創建

int pthread_create(pthread_t *thread, pthread_addr_t *arr,void* (*start_routine)(void *), void *arg);

//thread　　　　：用於返回創建的線程的ID
//arr　　　  　　  : 用於指定的被創建的線程的屬性，上面的函數中使用NULL，表示使用默認的屬性
//start_routine      : 這是一個函數指針，指向線程被創建後要調用的函數
//arg　　　　　   : 用於給線程傳遞參數，在本例中沒有傳遞參數，所以使用了NULL

2.2 線程終止
如果需要只終止某個線程而不終止整個進程，可以有以下三種方法：

1. 從線程函數return。這種方法對主線程不適用，從main函數return相當調用exit.
   （在main中return，退出整個進程；在普通入口函數中return，只是退出調用線程）
2. 線程可以調用pthread_exit來終止自己（退出調用線程）
3. pthread_cancel用來取消指定線程，也可以取消自己。

pthread_exit()函數

//功能：線程終止
//原型：
void pthread_exit(void* value_ptr);
//參數：
 value_ptr:不能指向一個局部變量
//返回值：無。跟進程一樣，線程結束的時候無法返回到它的調用者。

pthread_cancel()函數

//功能：取消一個執行中的線程
//原型：
int pthread_cancel(pthread_t thread);
//參數：
 thread: 線程ID
//返回值：成功返回0，失敗返回錯誤碼

2.3 線程等待
爲什麼要進行線程等待呢？簡言之，線程退出後可能會產生“殭屍線程”，所以要等待，以免造成資源泄露。換句話說，即：
等待指定線程退出，就是要獲取指定線程的返回值，回收線程資源。因爲一個線程被創建後，默認有一個屬性爲joinable，處於這個屬性的線程必須被等待，因爲線程退出後，不會自動地回收資源，會造成資源泄露。

pthread_join()

//功能：等待線程結束
//原型：
int pthread_join(pthread_t thread, void** value_ptr);
//參數：
thread:線程ID
value_ptr:指向一個指向被連接線程的返回碼的指針的指針
//返回值：成功返回0， 失敗返回錯誤碼。

調用該函數的線程將掛起等待，直到id爲thread的線程終止。thread線程以不同的方法終止，通過pthread_join得到的終止狀態是不同的，總結如下：

1. 如果thread線程通過return返回，value_ptr所指向的單元裏存放的是thread線程函數的返回值。
2. 如果thread線程被別的線程調用pthread_cancel異常終止掉，value_ptr所指向的單元裏存放的是常熟PTHREAD_CANCELED。
3. 如果thread線程是自己調用pthread_exit()終止的，value_ptr所指向的單元存放的是傳給pthread_exit()的參數。
4. 如果對thread線程的終止狀態不感興趣，可以傳NULL給value_ptr參數。

2.4 線程分離
爲什麼要進行線程分離呢？（通俗點來說，“對誰不關心，就去分離誰，不去等待誰”）。 即：
分離一個線程，將線程的joinable屬性修改爲detach屬性，處於此屬性的線程，退出後將自動回收資源。此屬性的線程，不能被等待，否則就會報錯。

1. 默認情況下，新創建的線程是joinable的，線程退出後，需要對其進行pthread_join操作，否則無法釋放資源，從而造成資源泄露；
2. 如果不關心線程的返回值，join是一種負擔，這個時候，我們可以告訴系統，當線程退出時，自動釋放線程資源。

//線程組內其他線程對目標線程進行分離
int pthread_detach(pthread_t thread);


//也可以是線程自己分離自己
int pthread_detach(pthread_self());
//pthread_self()函數獲得線程自身的ID