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線程

線程概念

進程： 傳統操作系統上的進程是pcb，操作系統通過pcb控制程序運行
線程： 但是Linux下線程使用pcb實現，Linux下pcb是線程，也叫輕量級進程（相較於傳統進程更加輕量化— 同一個進程中的線程公用同一個虛擬地址空間）；進程是線程組
進程是資源分配的基本單位—資源是分配給整個線程組的
線程是cpu調度的基本單位—cpu調度通過pcb調度程序的運行

線程之間的獨有與共享：

獨有	共享
棧	虛擬地址空間（代碼段、數據段）：mm_struct
寄存器	文件描述符表：files_struct
信號屏蔽字	信號處理方式：sighand_struct
errno	當前工作路徑
線程標識符	用戶ID,組ID

線程和進程優缺點對比及使用場景：

優點：

同一個進程中的線程共享同一個虛擬地址空間
線程間通信更加方便
線程的創建與銷燬相比於進程成本更低
線程的調度成本要更低一點
線程的執行力度要更加細緻

缺點：

線程間缺乏訪問控制，編碼難度更高
線程健壯性更低
性能損失

注意：除非對主程序安全性、穩定性要求特別高的程序使用多進程處理多任務；其它大多都是多線程

線程控制：

yum -y install man-pages  //我使用的centos7，無法使用man手冊就運行前面的命令，安裝支持posix函數的man手冊

操作系統並沒有提供創建線程的系統調用接口，因此大佬們封裝了一個線程的接口庫實現線程控制；意味着用戶創建線程都使用的庫函數（所以有時候我們說創建的線程是一個用戶態線程，但是在內核中對應有一個輕量級進程實現線程程序的調度）

線程創建：線程間不存在父子關係

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);
Compile and link with -pthread.

pthread_create 每個線程都有自己獨有的一塊空間，並且這塊空間在進程的虛擬地址空間中
pcb->pid pcb->tgid tid
LWP PID
輕量級進程id 進程ID 線程空間首地址

進程ID-線程組ID–tgid等於主線程的pid

線程是庫函數創建的，如果用戶想要操作線程就必須擁有線程的操作句柄，而這個tid是線程地址空間的首地址，線程地址空間中保存了線程的數據，用戶可以通過這個tid實現線程控制
每個線程都有自己的獨立空間，並且這些空間也是在進程的虛擬地址空間內

/*線程創建：                                                      
 * int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*stact_routine) (void *), void *arg);
 *  thread：用於獲取被創建的新線程id
 *  attr：用於設置線程屬性，通常置NULL
 *  start_routine：線程入口函數
 *  arg：傳遞給線程的參數，作爲start_routine的實參傳入
 * 返回值：0    失敗：!=0-----errno*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
void *thr_start(void *arg)
{
    while(1) {
        printf("i am normal thread---ptr:%s\n", (char*)arg);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}
int main (int argc, char *argv[])
{
    pthread_t tid;
    int ret;
    char *ptr = "leihoua~~~";
    ret = pthread_create(&tid, NULL, thr_start, (void*)ptr);
    if (ret != 0) {
        printf("thread create error\n");
        return -1;
    }
    
    while(1) {
        printf("i am main thread-----new thread id:%p\n", tid);
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

線程終止：進程退出

在任意線程中不能使用exit退出，因爲exit退出的也是整個進程
在普通線程中使用return退出（在 main函數中不能使用return退出，因爲退出的是進程）

pthread_exit 主動退出
int pthread_cancel(pthread_t thread) 取消線程，退出的線程被動取消 thread：要取消的線程id

線程退出也是會稱爲（殭屍進程）的

線程等待：

等待指定的線程退出–獲取退出線程的返回值，允許操作系統回收退出線程的資源

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
Compile and link with -pthread.

一個資源創建成功後，默認有一個屬性是joinable屬性，處於joinable屬性的線程退出後，不會自動回收資源，需要被其他線程等待
只有處於joinable屬性的線程才能被等待，也必須被等待，因爲這種線程退出後資源不會自動回收

線程分離：

#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);
Compile and link with -pthread.

分離一個線程，將線程的屬性從joinable設置爲detach屬性；

處於detach屬性的線程，退出後，自動回收資源；
處於detach屬性的線程，退出後，不需要被等待；
分離一個線程的前提就是用戶對線程的退出返回值，根本不關心；

pthread_detach
線程分離可以是任意線程在任意時刻進行分離（線程一旦被創建直接分離；線程入口函數中分離自己）


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

void *thr_start(void *arg)
{
    //pthread_self(void)
    //  獲取調用線程ID
    pthread_detach(pthread_self());
    sleep(5);
    pthread_exit("nihaoa~~");
    while(1) {
        printf("i am ordinary thread\n");
        sleep(1);
        //void pthread_exit(void *retval);
        //退出調用線程，誰調用，誰退出
        //retval:   線程退出返回值
        //pthread_exit(NULL);
    }
    return NULL;
}
int main (int argc, char *argv[])
{
    pthread_t tid;

    int ret = pthread_create(&tid, NULL, thr_start, NULL);
    if (ret != 0) {
        printf("thread create error\n");
        return -1;
    }
    //int pthread_cancel(pthread_t thread);
    //  取消線程，退出的線程被動取消
    //  thread：    要取消的線程id
    //pthread_cancel(tid);
    
    //int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
    //  阻塞等待指定線程退出
    //  thread：    線程id
    //  retval：    用於獲取線程退出返回值
    
    //int pthread_detach(pthread_t thread);
    //  分離指定的線程
    pthread_detach(tid);

    char *ptr = NULL;
    pthread_join(tid, (void**)&ptr);
    printf("ordinary thread exit val:%s\n", ptr);
    while(1) {
        printf("i am main thread\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

線程安全：

多個線程是否對同一個臨界資源進行了不受保護的非原子操作
線程安全就是多個線程對臨界資源進行操作，而不會造成數據二義性，反之是不安全

如何實現線程安全(同步與互斥)

同步： 臨界資源訪問的時序可控—保證訪問的合理性
互斥： 臨界資源同一時間的唯一訪問—保證訪問的安全性

如何實現互斥

互斥鎖mutex

模擬一個黃牛買票程序
原理： 原子操作的一個只具有0/1的計數器
互斥鎖使用步驟：
pthread_mutex_t 定義互斥鎖變量
pthread_mutex_init 初始化互斥鎖
pthread_mutex_lock 加鎖
pthread_mutex_unlock 解鎖
pthread_mutex_destroy 銷燬互斥鎖

死鎖：

因爲多方搶奪鎖資源，但是因爲搶奪推進順序不當引起死鎖導致相互僵持，產生程序無法推進卡死
產生必要條件：

互斥條件—指進程對所分配到的資源進行排它性使用，即在一段時間內某資源只由一個進程佔用。如果此時還有其它進程請求資源，則請求者只能等待，直至佔有資源的進程用畢釋放。(我加了鎖，別人就不能再加)
不可剝奪條件—指進程已獲得的資源，在未使用完之前，不能被剝奪，只能在使用完時由自己釋放。(我加的鎖，別人不能解)
請求與保持條件—指進程已經保持至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源已被其它進程佔有，此時請求進程阻塞，但又對自己已獲得的其它資源保持不放。(拿到第一個鎖後，去請求第二個鎖，但是第二個鎖獲取不到，第一個鎖也不釋放)
環路等待條件—指在發生死鎖時，必然存在一個進程——資源的環形鏈，即進程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一個P1佔用的資源；P1正在等待P2佔用的資源，……，Pn正在等待已被P0佔用的資源。

如何預防出現一個死鎖： 破壞必要條件
如何避免/處理產生一個死鎖： 銀行家算法，死鎖檢測算法

同步的實現：條件變量

同步的實現：等待與喚醒功能
條件不滿足則陷入等待，其它線程促使條件滿足後，喚醒等待
我想吃麪—>沒有面則需要等待做出來
廚師做面—>做出面後喚醒我的等待
模擬實現吃麪做面

pthread_cond_t 定義條件變量
pthread_cond_init 初始化條件變量
pthread_cond_wait 等待
pthread_cond_signal 喚醒
pthread_cond_destroy 銷燬條件變量

#include <pthread.h>
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex,const struct timespec *restrict abstime);//限時等待，超時後報錯返回
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);//阻塞死等
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);//喚醒所有等待
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);//至少喚醒一個等待
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

cond：條件變量
attr：條件變量屬性，通常置NULL
mutex：互斥鎖
abstime：超時等待時間

條件變量是搭配互斥鎖一起使用的：

因爲條件變量實現同步只提供了等待與喚醒功能，並沒有提供條件判斷的功能，因此條件判斷需要用戶實現，但是條件的操作是一個臨界資源的操作，因此需要受保護，需要在條件判斷之前加鎖；
如果加鎖成功後，因爲條件不滿足而陷入休眠，就會導致卡死（另一方因爲無法獲取鎖，而導致無法促使條件滿足），因此需要在休眠之前解鎖，並且解鎖與休眠必須是原子操作
被喚醒之後，即將對臨界資源進行了操作（吃麪的人被喚醒就即將開始吃麪）。但是吃麪之前需要進行保護加鎖
所以pthread_cond_wait集合了三步原子操作：解鎖—>休眠等待—>被喚醒後加鎖

條件判斷需要循環判斷 —防止多次消費/多次生產導致數據二義邏輯混亂
不同的角色需要等待在不同的條件變量上 —防止角色喚醒錯誤導致阻塞

Linux線程

文章目錄

線程

線程概念

線程之間的獨有與共享：

線程和進程優缺點對比及使用場景：

線程控制：

線程創建：線程間不存在父子關係

線程終止：進程退出

線程等待：

線程分離：

線程安全：

如何實現線程安全(同步與互斥)

如何實現互斥

互斥鎖mutex

死鎖：

同步的實現：條件變量

條件變量是搭配互斥鎖一起使用的：

MySQL 數據庫基礎

B-樹概念和插入實現

Verilog HDL簡介

UDP模擬實現

深度優先搜索(BFS)

Mac下配置sublime實現LaTeX

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結