Linux-线程相关概念小结

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-05-30 02:10 207阅读 0赞

> \#\#\#\#线程是什么：  
> \#\#\#\#\#在一个程序里的执行路线叫做线程；说的再通俗点：在我们程序中，一般情况下是由一个线程来完成所有的操作的，但是当有多个线程时，我们把众多的事分配给这些线程去做，在这期间，整个程序里的执行线路就会增加，与此同时，效率也会得到提升。

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> \#\#\#\#线程中有什么：  
> \#\#\#\#\#每个线程中都包含有表示执行环境的所必须的信息，其中包括：表示线程的线程ID，一组寄存器，私有栈，调度优先级，信号屏蔽字，errno变量以及线程私有数据。与此同时，一个进程的所有信息对该进程的所有线程都是共享的。

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\#\#\#\#接下来一点点来总结：

> \#\#\#\#线程标识：  
> \#\#\#\#\#首先要注意的是：对于进程而言，进程ID在整个系统中是唯一的，但是线程ID不同，线程ID只在它所属的上下文有意义。其次进程ID类型是pid\_t，而线程ID类型是pthread\_t；我们可以在代码中通过下面的函数来获取自身的线程ID。

pthread_t pthread_self(void）； 返回值：调用该函数的线程ID

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> \#\#\#\#线程相关操作  
> \#\#\#\#\#1、线程创建：  
> \#\#\#\#\#在POSIX线程中：线程创建时由pthread\_creat函数操作的。

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                       void *(*start_routine) (void *), void *arg);

\#\#\#\#\#当pthread\_create成功返回时，新创建线程的线程ID就会被置成thread指向的内存单元；attr参数用于定制各种不同的线程属性，一般没有要求时就设置为NULL，创建一个具有默认属性的线程；start\_routine为一个函数指针，指定了该线程函数开始的地址，注意到说明了该函数返回值为void\*，参数也为void\*，所以当我们需要向函数内部传递多个参数时，就需要放到一个结构体内，再将该结构体地址作为参数arg再传入函数内部；  
\#\#\#\#\#当pthread\_create调用失败后，返回错误码；

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\#\#\#\#\#2、线程终止：  
\#\#\#\#\#单个进程可以通过三种方式退出（在不终止整个进程的情况下）  
\#\#\#\#\#①线程可以简单的从启动例程中返回，返回值是线程的退出码；  
\#\#\#\#\#②线程可以被同一进程中的其他线程取消，利用pthread\_cancel；  
\#\#\#\#\#③线程自身调用pthread\_exit()；

线程自己退出：
    void pthread_exit(void *retval);  retval参数是一个无类型指针，带回返回值
    取消一个执行中的线程：
    int pthread_cancel(pthread_t thread);  成功返回0，失败返回错误码

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\#\#\#\#\#3、线程等待和分离  
\#\#\#\#\#调用线程等待函数将会挂起该线程，直到等到id为thread的线程退出；至于为什么需要线程等待可归纳为以下两点：  
\#\#\#\#\#①、已经退出的线程，其空间没有被释放，仍然在进程的地址空间内；  
\#\#\#\#\#②、创建新的线程不会复用刚才退出线程的地址空间，导致系统资源泄露；

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
    thread为要等待的线程id，retval为一个指向线程返回值的指针；如果对线程返回值不感兴趣，可设置为NULL

\#\#\#\#\#当我们并不关心线程的返回值时，pthread\_detach(pthread\_thread)就起到了用场；使用了该函数后，当线程退出时，自动释放线程资源。

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> \#\#\#\#线程同步与互斥：  
> \#\#\#\#\#当多个线程共享相同的内存时，需要确保每个线程看到一致的数据视图。如果每个线程使用的变量都是其他线程不会读取和修改的，或者变量是只读的，那么多个线程同时读取该变量或者修改的时候，就不会有一致性问题，在这个过程中，同时访问变量的过程就是线程之间的同步；但是，当一个线程可以修改的变量，其他线程也可以读取或者修改时，我们就需要对这些线程进行互斥，确保他们在访问变量的存储内容时不会访问到无效的值。  
> \#\#\#\#\#要想做到线程同步，就需要注意以下几点：  
> \#\#\#\#\#1、代码必须要有互斥机制，当代码进入临界区时，不允许其他线程进入该临界区；  
> \#\#\#\#\#2、同一时刻，只能有一个线程对临界区进行操作；  
> \#\#\#\#\#3、如果该线程不在临界区执行，那么该线程不能阻止别的线程进入临界区。  
> \#\#\#\#\#为了解决上述出现的问题，就可以使用锁，在同一时间只允许一个线程对变量进行操作。

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> \#\#\#\#线程的优缺点  
> \#\#\#\#\#优点：  
> \#\#\#\#\#1、创建一个线程的代价要比创建一个进程小的多；  
> \#\#\#\#\#2、与进程之间的切换相比，线程之间的切换操作系统需要做的事要少很多；  
> \#\#\#\#3、线程占用的资源要比进程少得多；  
> \#\#\#\#4、计算密集型应用，为了能在多处理系统上运行，将计算分解到多个线程中实现；  
> \#\#\#\#5、能充分利用多处理器的资源；

\#\#\#\#\#缺点：  
\#\#\#\#\#1、性能损失：如果计算密集型的线程数量比可用的处理器多，那么就会增加额外的同步和调度开销，导致性能损失；  
\#\#\#\#\#2、健壮性降低：线程之间缺乏保护；  
\#\#\#\#\#3、缺乏访问控制：当一个线程产生意想不到结果时，可能会都整个进程造成影响  
\#\#\#\#\#4、编程难度提高

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> \#\#\#\#互斥量  
> \#\#\#\#\#互斥量的初始化

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
    参数：mutex为要初始化的互斥量； attr:null

\#\#\#\#\#互斥量的销毁

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

\#\#\#\#\#互斥量加锁与解锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
     int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
     返回值：成功返回0，失败返回错误号

\#\#\#\#\#在调用pthread\_mutex\_lock时，可能会遇到以下情况：  
\#\#\#\#\#1、互斥量处于未锁状态，该函数会将互斥量锁定，同时返回成功；  
\#\#\#\#\#2、若发起函数调用时，其他函数已经锁定互斥量，或者存在其他函数同时申请互斥量，但没有竞争到互斥量，那么pthread\_mutex\_lock将会陷入阻塞，等待互斥量解锁。

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> \#\#\#\#条件变量  
> \#\#\#\#\#条件等待是线程间同步的一种手段，如果只有一个进程，条件不满足，一直等下去都不会满足，所以必须要有一个线程通过某些操作，改变共享变量，使原先不满足的条件变得满足，并且友好的通知等待在条件变量上的线程。  
> \#\#\#\#条件变量操作函数：  
> \#\#\#\#\#1、初始化：

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr)
    
    参数：cond：要初始化的条件变量
    attr：NULL

\#\#\#\#\#2、销毁

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)

\#\#\#\#\#3、等待条件满足

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex)
    参数：
    cond：要在这个条件变量上等待
    mutex：互斥量

\#\#\#\#\#4、唤醒等待

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
    
    int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond)；

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> \#\#\#\#条件变量使用规范：  
> \#\#\#\#\#等待条件代码

pthread_mutex_lock(&mutex);
    while(条件为假）
    	pthread_cond_wait（cond,mutex）;
    修改条件
    pthread_mutex_unlock(&mutex);

\#\#\#\#\#给条件发送信号代码

pthread_mutex_lock(&mutex);
    设置条件为真
    pthread_cond_signal(cond);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);