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Linux----线程

news 2025/2/23 14:14:47

一、基础概念对比

特性进程 (Process)线程 (Thread)
资源分配资源分配的基本单位（独立地址空间）共享进程资源
调度单位操作系统调度单位CPU调度的最小单位
创建开销高（需复制父进程资源）低（共享进程资源）
通信方式管道、共享内存、消息队列等IPC共享全局变量（需同步机制）
隔离性内存隔离，安全性高共享内存，需处理竞争条件
典型组成代码段+数据段+堆栈段+PCB线程ID+寄存器组+栈+线程控制块TCB

二、线程组成详解

1. 核心组件

struct thread_struct {pthread_t tid;           // 线程ID (8字节)void* stack_base;        // 栈基地址 (8字节)size_t stack_size;       // 栈大小 (Linux默认8MB)void* (*start_routine)(void*); // 入口函数指针void* arg;               // 入口函数参数// 寄存器组保存区 (约52个寄存器，约416字节)// 包括：PC、SP、通用寄存器、浮点寄存器等
};

2. 关键特征

  • 线程ID：pthread_t 类型，进程内唯一
  • 独立栈空间：每个线程拥有独立调用栈
  • 共享资源：全局变量、堆内存、文件描述符等

三、线程创建与管理

1. 创建函数原型

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine)(void *), void *arg);
参数详解表
参数类型作用说明
threadpthread_t*输出参数，存储新线程ID
attrpthread_attr_t*线程属性（NULL使用默认属性）：<br>▪ 栈大小<br>▪ 调度策略<br>▪ 分离状态
start_routinevoid* (*)(void*)线程入口函数（返回值为线程退出状态）
argvoid*传递给入口函数的参数
返回值
  • 成功返回0
  • 失败返回错误码（非errno值，需用strerror转换）

2. 编译指令

gcc program.c -lpthread -o program  # 必须链接pthread库

3. 线程终止方式

/* 主动退出（带返回值）*/
void pthread_exit(void *retval);/* 被动终止（被其他线程取消）*/
int pthread_cancel(pthread_t thread);
注意事项
  • retval必须指向堆/静态存储区，不能是线程栈内存
  • 主线程退出会导致进程终止（即使其他线程仍在运行）
  • 使用示例： 
    void* thread_func(void* arg) {int *result = malloc(sizeof(int));*result = 42;pthread_exit(result);  // 正确：返回堆内存// pthread_exit(&local_var); // 错误！栈内存会被回收
}

4.练习

    练习1：创建一个线程
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>void * do_something(void *arg)
{printf("do copy file---\n");return NULL;
}int main(int argc, const char *argv[])
{pthread_t tid;int ret;if((ret = pthread_create(&tid,NULL,do_something,NULL)) != 0){errno = ret;perror("pthread_create fail");return -1;}printf("-----main-------\n");sleep(1);return 0;return 0;
}
  练习2：创建多个线程
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>void * do_one(void *arg)
{printf("pthread 1 pid = %d\n",getpid());return NULL;
}void * do_two(void *arg)
{printf("pthread 2 pid = %d\n",getpid());return NULL;
}void * do_three(void *arg)
{printf("pthread 3 pid = %d\n",getpid());return NULL;
}typedef void *(*thread_cb_t)(void*);int main(int argc, const char *argv[])
{printf("---main---  pid = %d\n",getpid());pthread_t tid[3];int ret;thread_cb_t func[3] = {do_one,do_two,do_three};int i = 0;for(i = 0;i < 3;i++){if((ret = pthread_create(&tid[i],NULL,func[i],NULL)) != 0){errno = ret;perror("pthread1_create fail");return -1;}}sleep(1);return 0;return 0;
}
 练习3：线程的关闭
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>void * do_something(void *arg)
{static int ret = 100;printf("do copy file---\n");//pthread_exit("i am dead\n");pthread_exit(&ret);//return NULL;
}int main(int argc, const char *argv[])
{pthread_t tid;int ret;if((ret = pthread_create(&tid,NULL,do_something,NULL)) != 0){errno = ret;perror("pthread_create fail");return -1;}printf("-----main-------\n");int *retval;//char *retval;pthread_join(tid,(void **)&retval);//printf("*retval = %s\n",retval);printf("*retval = %d\n",*retval);sleep(1);return 0;return 0;
}

练习4：多线程拷贝文件（缺陷当文件过大，会导致偏移量出错）

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>typedef struct
{int fd_s;int fd_d;int size;int len;int id;
}msg_t;void * do_copy (void *arg)
{msg_t p = *(msg_t*)arg;lseek(p.fd_s,p.size*p.id,SEEK_SET);lseek(p.fd_d,p.size*p.id,SEEK_SET);//	printf("tid = %ld id = %d fd_s = %d fd_d = %d size = %d len = %d\n",pthread_self(),p.id,p.fd_s,p.fd_d,p.size,p.len);//调试代码char buf[p.len];int ret = read(p.fd_s,buf,p.len);write(p.fd_d,buf,ret);return NULL; 
}//cp src dest 
int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc!=3){printf("Usage: %s <src> <dest>\n",argv[0]);return -1;}int fd_s = open(argv[1],O_RDONLY);int fd_d = open(argv[2],O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT,0666);if (fd_s < 0 || fd_d < 0){perror("open fail");return -1;}int n = 0;printf("Input threads num: ");scanf("%d",&n);int i = 0;int ret = 0;pthread_t tid[n];msg_t msg[n];struct stat st;if (stat(argv[1],&st) < 0){perror("stat fail");return -1;}int f_len = st.st_size;for (i = 0; i < n; ++i){msg[i].fd_s = fd_s;msg[i].fd_d = fd_d;msg[i].size = f_len / n;msg[i].id = i;#if 1if (i == n-1){ msg[i].len  = f_len - (f_len/n)*(n-1);}else {msg[i].len  = f_len/n;}
#endifret = pthread_create(&tid[i],NULL,do_copy,&msg[i]);if (ret != 0){errno = ret;perror("pthread_create fail");return -1;}}printf("----main-----\n");for (i = 0; i < n; ++i)pthread_join(tid[i],NULL);close(fd_s);close(fd_d);return 0;
}

四、线程生命周期管理

1. 线程属性设置（示例）

pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); // 分离属性
pthread_attr_setstacksize(&attr, 2*1024*1024);               // 设置2MB栈

2. 线程同步机制

机制用途相关函数
互斥锁保护共享资源pthread_mutex_*系列
条件变量线程间事件通知pthread_cond_*系列
读写锁读写操作分离pthread_rwlock_*系列
信号量控制并发访问数量sem_*系列

五、典型问题与解决方案

1. 资源竞争问题

场景：多个线程同时修改全局变量
解决：

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void* counter_thread(void* arg) {for(int i=0; i<100000; ++i) {pthread_mutex_lock(&mutex);global_counter++;pthread_mutex_unlock(&mutex);}return NULL;
}

2. 僵尸线程问题

现象：已终止但未回收的线程占用系统资源
解决方案：

  • 使用pthread_join阻塞回收： 
    void* retval;
pthread_join(tid, &retval);  // 类似进程的waitpid
free(retval);                // 清理返回值
  • 或设置分离属性： 
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

http://www.mrgr.cn/news/91851.html

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