【linux】系统编程-5-线程

前言
7. 线程7.1 概念
7.2 创建线程7.2.1 pthread_create()

7.3 设置线程属性

7.3.2 销毁一个线程属性对象
7.3.3 线程的分离状态
7.3.4 线程的调度策略
7.3.5 线程优先级
7.3.6 线程栈
7.4 退出线程

参考

前言

原文链接

7. 线程

7.1 概念

进程：进程是资源管理的最小单位
线程：线程是程序执行的最小单位
因为进程开销大，才衍生出线程

进程切换上下文时，需要重新映射虚拟地址空间、进出OS内核、寄存器切换，还会干扰处理器的缓存机制

一个进程至少需要一个线程作为它的指令执行体，进程管理着资源（比如cpu、内存、文件等等），而将线程分配到某个cpu上执行

新的执行线程将拥有自己的栈，但与它的创建者共享全局变量、文件描述符、信号处理函数和当前目录状态

特点：

线程使用进程的资源，进程崩溃，线程也随之崩溃
线程切换上下文快，进程切换上下文慢

使用 pthread_create 创建线程

使用 int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr); 函数来销毁一个线程属性对象

使用 pthread_attr_init() 函数可以初始化线程对象的属性

使用 pthread_join() 等待线程结束

使用 pthread_detach() 来设置线程为分离状态

7.2 创建线程

7.2.1 pthread_create()

使用 pthread_create 创建线程
通过命令 man 了解更多
所需要的头文件：
```
#include <pthread.h>
```

函数原型：
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);

thread：指向线程标识符的指针

attr：设置线程属性
start_routine：函数指针，线程入口
arg：传给线程入口函数的参数

7.3 设置线程属性

线程属性结构体 pthread_attr_t：

typedef struct{int                   etachstate;      //线程的分离状态int                   schedpolicy;     //线程调度策略structsched_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;

注意：因为 pthread 并非3ff8Linux 系统的默认库，而是 POSIX线程库。在Linux中将其作为一个库来使用，因此编译时需要加上-lpthread（或-pthread）以显式指定链接该库
函数在执行错误时，并不把错误信息写到变量 error 中，而是作为返回值返回

线程属性不能直接设置，只能通过函数操作

线程属性包括：作用域（scope）、栈大小（stacksize）、栈地址（stackaddress）、优先级（priority）、分离的状态（detachedstate）、调度策略和参数（scheduling policy and parameters）

线程的默认属性：非绑定、非分离、1M的堆栈大小、与父进程同样级别的优先级

API：

API	说明
pthread_attr_init()	初始化一个线程对象的属性
pthread_attr_destroy()	销毁一个线程属性对象
pthread_attr_getaffinity_np()	获取线程间的CPU亲缘性
pthread_attr_setaffinity_np()	设置线程的CPU亲缘性
pthread_attr_getdetachstate()	获取线程分离状态属性
pthread_attr_setdetachstate()	修改线程分离状态属性
pthread_attr_getguardsize()	获取线程的栈保护区大小
pthread_attr_setguardsize()	设置线程的栈保护区大小
pthread_attr_getscope()	获取线程的作用域
pthread_attr_setscope()	设置线程的作用域
pthread_attr_getstack()	获取线程的堆栈信息（栈地址和栈大小）
pthread_attr_setstack()	设置线程堆栈区
pthread_attr_getstacksize()	获取线程堆栈大小
pthread_attr_setstacksize()	设置线程堆栈大小
pthread_attr_getschedpolicy()	获取线程的调度策略
pthread_attr_setschedpolicy()	设置线程的调度策略
pthread_attr_setschedparam()	获取线程的调度优先级
pthread_attr_getschedparam()	设置线程的调度优先级
pthread_attr_getinheritsched()	获取线程是否继承调度属性
pthread_attr_getinheritsched()	设置线程是否继承调度属性

7.3.1 pthread_attr_init()

使用 pthread_attr_init 初始化线程对象属性
通过命令 man 了解更多
所需要的头文件：
```
#include <pthread.h>
```
函数原型：
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

attr：指向一个线程属性的指针
返回：成功：返回 0
失败：返回非 0

7.3.2 销毁一个线程属性对象

使用
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

函数来销毁一个线程属性对象attr：指向一个线程属性的指针
返回：成功：返回 0
失败：返回错误码

7.3.3 线程的分离状态

在任何一个时间点上，线程是可结合的（joinable），或者是分离的（detached）

可结合的线程：能够被其他线程收回其资源和杀死；在被其他线程回收之前，它的存储器资源（如栈）是不释放的
分离的线程：不能被其他线程回收或杀死的，它的存储器资源在它终止时由系统自动释放

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

默认状态下是 非分离状态

函数：

int pthread_join(pthread_t tid, void **rval_ptr)；

等待某个线程的终止，获得该线程的终止状态，并收回所占的资源

tid：线程标识符

rval_ptr设置为NULL，则忽略返回状态

int pthread_detach(pthread_t tid)；

头文件：
#include <pthread.h>
tid：线程标识符
返回：成功：返回 0
失败：返回一个错误值：EINVAL：tid 对应的线程不是一个非分离的线程
ESRCH：找不到对应的线程

在非分离状态下：

pthread_join()

在分离状态下：

该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

如果在创建线程时就知道不需要了解线程的终止状态，则可以 pthread_attr_t 结构中的 detachstate 线程属性，让线程以分离状态启动

pthread_attr_setdetachstate（pthread_attr_t *attr, int detachstate）

函数来设置线程分离状态attr：指向一个线程属性的指针

detachstate：PTHREAD_CREATE_DETACHED：分离线程
PTHREAD _CREATE_JOINABLE：非分离线程

获取某个线程的分离状态

int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *attr, int *detachstate);

函数获取线程的分离状态

attr：指向一个线程属性的指针
detachstate：保存状态的值
返回：成功：返回 0
失败：返回错误码

注意：

pthread_create

pthread_cond_timewait

pthread_create

wait()

7.3.4 线程的调度策略

POSIX 标准指定了三种调度策略：
1. 实时线程SCHDE_FIFO。采用实时调度-先进先出方式策略。一旦占用cpu则一直运行，直到有更高优先级任务到达或自己放弃。
2. 轮询调度SCHED_RR。采用实时调度-时间片轮转方式调度策略。当任务的时间片用完，系统将重新分配时间片，并置于就绪队列尾。放在队列尾保证了所有具有相同优先级的RR任务的调度公平。所以说SCHED_RR=SCHED_OTHER+SCHDE_FIFO。
与调度相关的API

参数说明：attr：指向一个线程属性的指针。
inheritsched：线程是否继承调度属性，可选值分别为PTHREAD_INHERIT_SCHED：调度属性将继承于创建的线程，attr中设置的调度属性将被忽略。
PTHREAD_EXPLICIT_SCHED：调度属性将被设置为attr中指定的属性值。

policy：可选值为线程的三种调度策略

SCHED_FIFO
SCHED_RR

int pthread_attr_setinheritsched(pthread_attr_t *attr, int inheritsched);int pthread_attr_getinheritsched(const pthread_attr_t *attr, int *inheritsched);int pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t *attr, int policy);int pthread_attr_getschedpolicy(const pthread_attr_t *attr, int *policy);

7.3.5 线程优先级

SCHED_OTHER调度时静态优先级必须置为 0
处于静态优先级为 0 的线程按照动态优先级被调度
动态优先级值起始于 nice 值，且当前线程处于就绪态并被调度器无视时，其动态值++，以保证竞争CPU的公平性

线程优先级的设置（静态优先级）（SCHED_FIFO和SCHED_RR）

通过以下函数来获得线程可以设置的最高和最低优先级（不支持SCHED_OTHER）

int sched_get_priority_max(int policy);int sched_get_priority_min(int policy);

通过以下两个函数来设置和获取优先级

int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t *attr, const struct sched_param *param);int pthread_attr_getschedparam(const pthread_attr_t *attr, struct sched_param *param);

线程优先级特点

新线程不继承父线程调度优先级（PTHREAD_EXPLICIT_SCHED)
当线程的调度策略为SCHED_OTHER时，不允许修改线程优先级，仅当调度策略为实时（即SCHED_FIFO或SCHED_RR）时才有效，并可以在运行时通过pthread_setschedparam()函数来改变，默认为0。

7.3.6 线程栈

线程栈：用于存放函数形参、局部变量、线程切换现场寄存器等数据。
使用的是进程的地址空间，默认线程栈大小是 1M

设置和获取线程大小可以使用一下函数

int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize);int pthread_attr_getstacksize(const pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize);

7.4 退出线程

线程退出使用
void pthread_exit(void *retval);

函数
注意：不能使用 exit() 函数退出，因为该函数是直接退出进程的，会把进程内所有函数都退出。

参考

* 野火

前言

7. 线程

7.1 概念

7.2 创建线程

7.2.1 pthread_create()

7.3 设置线程属性

7.3.1 pthread_attr_init()

7.3.2 销毁一个线程属性对象

7.3.3 线程的分离状态

7.3.4 线程的调度策略

7.3.5 线程优先级

7.3.6 线程栈

7.4 退出线程

参考

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