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LWP：light weight process 轻量级的进程，本质仍是进程(在Linux环境下) 进程：独立地址空间，拥有PCB 线程：也有PCB，但没有独立的地址空间(共享) 区别：在于是否共享地址空间。 独居(进程)；合租(线程)。 Linux下： 线程：最小的执行单位 进程：最小分配资源单位，可看成是只有一个线程的进程。Linux内核线程实现原理类Unix系统中，早期是没有“线程”概念的，80年代才引入，借助进程机制实现出了线程的概念。因此在这类系统中，进程和线程关系密切。1. 轻量级进程(light-weight process)，也有PCB，创建线程使用的底层函数和进程一样，都是clone2. 从内核里看进程和线程是一样的，都有各自不同的PCB，但是PCB中指向内存资源的三级页表是相同的3. 进程可以蜕变成线程4. 线程可看做寄存器和栈的集合5. 在linux下，线程最是小的执行单位；进程是最小的分配资源单位察看LWP号：ps –Lf pid 查看指定线程的lwp号。三级映射：进程PCB --> 页目录(可看成数组，首地址位于PCB中) --> 页表 --> 物理页面 --> 内存单元参考：《Linux内核源代码情景分析》 ----毛德操对于进程来说，相同的地址(同一个虚拟地址)在不同的进程中，反复使用而不冲突。原因是他们虽虚拟址一样，但，页目录、页表、物理页面各不相同。相同的虚拟址，映射到不同的物理页面内存单元，最终访问不同的物理页面。但！线程不同！两个线程具有各自独立的PCB，但共享同一个页目录，也就共享同一个页表和物理页面。所以两个PCB共享一个地址空间。 实际上，无论是创建进程的fork，还是创建线程的pthread_create，底层实现都是调用同一个内核函数clone。 如果复制对方的地址空间，那么就产出一个“进程”；如果共享对方的地址空间，就产生一个“线程”。 因此：Linux内核是不区分进程和线程的。只在用户层面上进行区分。所以，线程所有操作函数 pthread_* 是库函数，而非系统调用。线程共享资源 1.文件描述符表 2.每种信号的处理方式 3.当前工作目录 4.用户ID和组ID 5.内存地址空间 (.text/.data/.bss/heap/共享库)线程非共享资源 1.线程id 2.处理器现场和栈指针(内核栈) 3.独立的栈空间(用户空间栈) 4.errno变量 5.信号屏蔽字 6.调度优先级线程优、缺点 优点： 1. 提高程序并发性 2. 开销小 3. 数据通信、共享数据方便 缺点： 1. 库函数，不稳定 2. 调试、编写困难、gdb不支持 3. 对信号支持不好 优点相对突出，缺点均不是硬伤。Linux下由于实现方法导致进程、线程差别不是很大。线程控制原语（1）pthread_self函数获取线程ID。其作用对应进程中 getpid() 函数。 pthread_t pthread_self(void); 返回值：成功：0； 失败：无！ 线程ID：pthread_t类型，本质：在Linux下为无符号整数(%lu)，其他系统中可能是结构体实现 线程ID是进程内部，识别标志。(两个进程间，线程ID允许相同) 注意：不应使用全局变量 pthread_t tid，在子线程中通过pthread_create传出参数来获取线程ID，而应使用pthread_self。pthread_create函数创建一个新线程。 其作用，对应进程中fork() 函数。 int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg); 返回值：成功：0； 失败：错误号 -----Linux环境下，所有线程特点，失败均直接返回错误号。参数： pthread_t：当前Linux中可理解为：typedef unsigned long int pthread_t;参数1：传出参数，保存系统为我们分配好的线程ID 参数2：通常传NULL，表示使用线程默认属性。若想使用具体属性也可以修改该参数。 参数3：函数指针，指向线程主函数(线程体)，该函数运行结束，则线程结束。 参数4：线程主函数执行期间所使用的参数。在一个线程中调用pthread_create()创建新的线程后，当前线程从pthread_create()返回继续往下执行，而新的线程所执行的代码由我们传给pthread_create的函数指针start_routine决定。start_routine函数接收一个参数，是通过pthread_create的arg参数传递给它的，该参数的类型为void *，这个指针按什么类型解释由调用者自己定义。start_routine的返回值类型也是void *，这个指针的含义同样由调用者自己定义。start_routine返回时，这个线程就退出了，其它线程可以调用pthread_join得到start_routine的返回值，类似于父进程调用wait(2)得到子进程的退出状态，稍后详细介绍pthread_join。 pthread_create成功返回后，新创建的线程的id被填写到thread参数所指向的内存单元。我们知道进程id的类型是pid_t，每个进程的id在整个系统中是唯一的，调用getpid(2)可以获得当前进程的id，是一个正整数值。线程id的类型是thread_t，它只在当前进程中保证是唯一的，在不同的系统中thread_t这个类型有不同的实现，它可能是一个整数值，也可能是一个结构体，也可能是一个地址，所以不能简单地当成整数用printf打印，调用pthread_self(3)可以获得当前线程的id。attr参数表示线程属性，本节不深入讨论线程属性，所有代码例子都传NULL给attr参数，表示线程属性取缺省值，感兴趣的读者可以参考APUE。由于pthread_create的错误码不保存在errno中，因此不能直接用perror(3)打印错误信息，可以先用strerror(3)把错误码转换成错误信息再打印。如果任意一个线程调用了exit或_exit，则整个进程的所有线程都终止，由于从main函数return也相当于调用exit，为了防止新创建的线程还没有得到执行就终止，我们在main函数return之前延时1秒，这只是一种权宜之计，即使主线程等待1秒，内核也不一定会调度新创建的线程执行，下一节我们会看到更好的办法。拓展思考：将pthread_create函数参4修改为(void *)&i, 将线程主函数内改为 i=*((int *)arg) 是否可以？ 线程与共享线程间共享全局变量！【牢记】：线程默认共享数据段、代码段等地址空间，常用的是全局变量。而进程不共享全局变量，只能借助mmap。将单个线程退出 void pthread_exit(void *retval); 参数：retval表示线程退出状态，通常传NULL思考：使用exit将指定线程退出，可以吗？ 【pthrd_exit.c】 结论：线程中，禁止使用exit函数，会导致进程内所有线程全部退出。 在不添加sleep控制输出顺序的情况下。pthread_create在循环中，几乎瞬间创建5个线程，但只有第1个线程有机会输出（或者第2个也有，也可能没有，取决于内核调度）如果第3个线程执行了exit，将整个进程退出了，所以全部线程退出了。 所以，多线程环境中，应尽量少用，或者不使用exit函数，取而代之使用pthread_exit函数，将单个线程退出。任何线程里exit导致进程退出，其他线程未工作结束，主控线程退出时不能return或exit。另注意，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。【练习】：编写多线程程序，总结exit、return、pthread_exit各自退出效果。 return：返回到调用者那里去。 pthread_exit()：将调用该函数的线程退出 exit: 将进程退出。（2）pthread_join函数阻塞等待线程退出，获取线程退出状态 其作用，对应进程中 waitpid() 函数。 int pthread_join(pthread_t thread, void **retval); 成功：0；失败：错误号 参数：thread：线程ID （【注意】：不是指针）；retval：存储线程结束状态。 对比记忆： 进程中：main返回值、exit参数-->int；等待子进程结束 wait 函数参数-->int * 线程中：线程主函数返回值、pthread_exit-->void *；等待线程结束 pthread_join 函数参数-->void **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：1.如果thread线程通过return返回，retval所指向的单元里存放的是thread线程函数的返回值。2.如果thread线程被别的线程调用pthread_cancel异常终止掉，retval所指向的单元里存放的是常数PTHREAD_CANCELED。3.如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的，retval所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数。4.如果对thread线程的终止状态不感兴趣，可以传NULL给retval参数。（3）pthread_detach函数实现线程分离 int pthread_detach(pthread_t thread); 成功：0；失败：错误号 线程分离状态：指定该状态，线程主动与主控线程断开关系。线程结束后，其退出状态不由其他线程获取，而直接自己自动释放。网络、多线程服务器常用。 进程若有该机制，将不会产生僵尸进程。僵尸进程的产生主要由于进程死后，大部分资源被释放，一点残留资源仍存于系统中，导致内核认为该进程仍存在。 也可使用 pthread_create函数参2(线程属性)来设置线程分离。【练习】：使用pthread_detach函数实现线程分离 【pthrd_detach.c】一般情况下，线程终止后，其终止状态一直保留到其它线程调用pthread_join获取它的状态为止。但是线程也可以被置为detach状态，这样的线程一旦终止就立刻回收它占用的所有资源，而不保留终止状态。不能对一个已经处于detach状态的线程调用pthread_join，这样的调用将返回EINVAL错误。也就是说，如果已经对一个线程调用了pthread_detach就不能再调用pthread_join了。pthread_cancel函数杀死(取消)线程 其作用，对应进程中 kill() 函数。 int pthread_cancel(pthread_t thread); 成功：0；失败：错误号 【注意】：线程的取消并不是实时的，而有一定的延时。需要等待线程到达某个取消点(检查点)。 类似于玩游戏存档，必须到达指定的场所(存档点，如：客栈、仓库、城里等)才能存储进度。杀死线程也不是立刻就能完成，必须要到达取消点。 取消点：是线程检查是否被取消，并按请求进行动作的一个位置。通常是一些系统调用creat，open，pause，close，read，write..... 执行命令man 7 pthreads可以查看具备这些取消点的系统调用列表。也可参阅 APUE.12.7 取消选项小节。可粗略认为一个系统调用(进入内核)即为一个取消点。如线程中没有取消点，可以通过调用pthread_testcancel函数自行设置一个取消点。被取消的线程， 退出值定义在Linux的pthread库中。常数PTHREAD_CANCELED的值是-1。可在头文件pthread.h中找到它的定义：#define PTHREAD_CANCELED ((void *) -1)。因此当我们对一个已经被取消的线程使用pthread_join回收时，得到的返回值为-1。【练习】：终止线程的三种方法。注意“取消点”的概念。 【pthrd_endof3.c】 终止线程方式总结：终止某个线程而不终止整个进程，有三种方法：1.从线程主函数return。这种方法对主控线程不适用，从main函数return相当于调用exit。2.一个线程可以调用pthread_cancel终止同一进程中的另一个线程。3.线程可以调用pthread_exit终止自己。pthread_equal函数比较两个线程ID是否相等。 int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2); 有可能Linux在未来线程ID pthread_t 类型被修改为结构体实现。控制原语对比 进程 线程 fork pthread_create exit pthread_exit wait pthread_join kill pthread_cancel getpid pthread_self 命名空间线程属性本节作为指引性介绍，linux下线程的属性是可以根据实际项目需要，进行设置，之前我们讨论的线程都是采用线程的默认属性，默认属性已经可以解决绝大多数开发时遇到的问题。如我们对程序的性能提出更高的要求那么需要设置线程属性，比如可以通过设置线程栈的大小来降低内存的使用，增加最大线程个数。typedef struct{int etachstate; //线程的分离状态int schedpolicy; //线程调度策略struct sched_param schedparam; //线程的调度参数int inheritsched; //线程的继承性int scope; //线程的作用域size_t guardsize; //线程栈末尾的警戒缓冲区大小int stackaddr_set; //线程的栈设置void* stackaddr; //线程栈的位置size_t stacksize; //线程栈的大小} pthread_attr_t; 主要结构体成员： 1. 线程分离状态 2. 线程栈大小（默认平均分配） 3. 线程栈警戒缓冲区大小（位于栈末尾） 参 APUE.12.3 线程属性属性值不能直接设置，须使用相关函数进行操作，初始化的函数为pthread_attr_init，这个函数必须在pthread_create函数之前调用。之后须用pthread_attr_destroy函数来释放资源。线程属性主要包括如下属性：作用域（scope）、栈尺寸（stack size）、栈地址（stack address）、优先级（priority）、分离的状态（detached state）、调度策略和参数（scheduling policy and parameters）。默认的属性为非绑定、非分离、缺省的堆栈、与父进程同样级别的优先级。线程属性初始化注意：应先初始化线程属性，再pthread_create创建线程初始化线程属性int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr); 成功：0；失败：错误号销毁线程属性所占用的资源int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr); 成功：0；失败：错误号线程的分离状态线程的分离状态决定一个线程以什么样的方式来终止自己。非分离状态：线程的默认属性是非分离状态，这种情况下，原有的线程等待创建的线程结束。只有当pthread_join()函数返回时，创建的线程才算终止，才能释放自己占用的系统资源。分离状态：分离线程没有被其他的线程所等待，自己运行结束了，线程也就终止了，马上释放系统资源。应该根据自己的需要，选择适当的分离状态。线程分离状态的函数：设置线程属性，分离or非分离int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate); 获取程属性，分离or非分离 int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate); 参数： attr：已初始化的线程属性detachstate： PTHREAD_CREATE_DETACHED（分离线程）PTHREAD _CREATE_JOINABLE（非分离线程）这里要注意的一点是，如果设置一个线程为分离线程，而这个线程运行又非常快，它很可能在pthread_create函数返回之前就终止了，它终止以后就可能将线程号和系统资源移交给其他的线程使用，这样调用pthread_create的线程就得到了错误的线程号。要避免这种情况可以采取一定的同步措施，最简单的方法之一是可以在被创建的线程里调用pthread_cond_timedwait函数，让这个线程等待一会儿，留出足够的时间让函数pthread_create返回。设置一段等待时间，是在多线程编程里常用的方法。但是注意不要使用诸如wait()之类的函数，它们是使整个进程睡眠，并不能解决线程同步的问题。线程的栈地址POSIX.1定义了两个常量_POSIX_THREAD_ATTR_STACKADDR 和_POSIX_THREAD_ATTR_STACKSIZE检测系统是否支持栈属性。也可以给sysconf函数传递_SC_THREAD_ATTR_STACKADDR或 _SC_THREAD_ATTR_STACKSIZE来进行检测。当进程栈地址空间不够用时，指定新建线程使用由malloc分配的空间作为自己的栈空间。通过pthread_attr_setstack和pthread_attr_getstack两个函数分别设置和获取线程的栈地址。int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr, size_t stacksize); 成功：0；失败：错误号int pthread_attr_getstack(pthread_attr_t *attr, void **stackaddr, size_t *stacksize); 成功：0；失败：错误号参数： attr：指向一个线程属性的指针stackaddr：返回获取的栈地址stacksize：返回获取的栈大小线程的栈大小当系统中有很多线程时，可能需要减小每个线程栈的默认大小，防止进程的地址空间不够用，当线程调用的函数会分配很大的局部变量或者函数调用层次很深时，可能需要增大线程栈的默认大小。函数pthread_attr_getstacksize和 pthread_attr_setstacksize提供设置。int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize); 成功：0；失败：错误号int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize); 成功：0；失败：错误号参数： attr：指向一个线程属性的指针stacksize：返回线程的堆栈大小线程属性控制示例 #include #define SIZE 0x100000void *th_fun(void *arg){ while (1) sleep(1);}int main(void){ pthread_t tid; int err, detachstate, i = 1; pthread_attr_t attr; size_t stacksize; void *stackaddr; pthread_attr_init(&attr); pthread_attr_getstack(&attr, &stackaddr, &stacksize); pthread_attr_getdetachstate(&attr, &detachstate); if (detachstate == PTHREAD_CREATE_DETACHED) printf("thread detached\n"); else if (detachstate == PTHREAD_CREATE_JOINABLE) printf("thread join\n"); else printf("thread unknown\n"); pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); while (1) { stackaddr = malloc(SIZE); if (stackaddr == NULL) { perror("malloc"); exit(1); } stacksize = SIZE; pthread_attr_setstack(&attr, stackaddr, stacksize); err = pthread_create(&tid, &attr, th_fun, NULL); if (err != 0) { printf("%s\n", strerror(err)); exit(1); } printf("%d\n", i++); } pthread_attr_destroy(&attr); return 0;} 【pthrd_attr_change.c】NPTL1.察看当前pthread库版本getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION2.NPTL实现机制(POSIX)，Native POSIX Thread Library3.使用线程库时gcc指定 –lpthread线程使用注意事项1.主线程退出其他线程不退出，主线程应调用pthread_exit2.避免僵尸线程pthread_joinpthread_detachpthread_create指定分离属性被join线程可能在join函数返回前就释放完自己的所有内存资源，所以不应当返回被回收线程栈中的值;3.malloc和mmap申请的内存可以被其他线程释放 4.应避免在多线程模型中调用fork除非，马上exec，子进程中只有调用fork的线程存在，其他线程在子进程中均pthread_exit5.信号的复杂语义很难和多线程共存，应避免在多线程引入信号机制 转载地址：http://vecii.baihongyu.com/