pthread线程

标签：函数 int void 线程 pthread 进程

线程

概念

线程是轻量级进程，一般是一个进程中的多个任务。
进程是系统中最小的资源分配单位

进程 是操作系统中资源分配的最小单位。每个进程都有自己的地址空间，并且拥有独立的资源（如内存、文件句柄等）

进程之间通常是相互独立的，彼此不能直接访问对方的内存空间

线程是系统中最小的执行单位

线程 是操作系统中程序执行的最小单位，也称为“轻量级进程”。一个进程可以包含一个或多个线程，这些线程共享该进程的资源（如内存和文件句柄），但每个线程有自己的栈、寄存器和程序计数器

进程是资源分配的基本单元，而线程是调度和执行的基本单元。线程能够比进程更轻量级地执行任务，因为它们共享进程的资源。

特征

共享资源

线程共享进程的资源，如内存、文件句柄等。多个线程可以同时访问相同的资源，因此它们能够轻松地进行数据交换和通信，而不需要像进程之间那样复杂的IPC（进程间通信）机制。

效率高  

30%（并发度）

上下文切换开销小：线程之间的上下文切换（如切换栈、寄存器）比进程之间的上下文切换要轻量得多，因为线程共享进程的资源。

并发执行：在多核处理器上，多个线程可以真正并发地运行，利用系统资源更加充分。一般来说，通过多线程可以提高系统的并发度，并提升性能。

三方库

pthread  clone   posix

在C语言中，常用的线程库包括 pthread、clone 系统调用和 POSIX 标准库（其中 pthread 是最常用的）
3.1 编写代码头文件： pthread.h
3.2 编译代码加载库： -lpthread   library 

在编译使用 pthread 的程序时，需要链接 pthread 库

libpthread.so
gcc 1.c -lpthread 

设置gcc的别名

• 临时别名设置

使用 alias 命令来设置 GCC 的别名

alias gcc='gcc -g -pthread '

这个设置会立即生效，但只在当前的终端会话中有效。如果关闭终端或重启系统，别名设置会消失。

• 永久别名设置

为了使别名设置在每次终端启动时都有效，将别名添加到用户的 .bashrc 文件中，这样每次登录时，别名都会自动加载：

cd ~ # 切换到家目录

vim .bashrc # 编辑 .bashrc 文件

在 .bashrc 文件末尾添加以下内容：

alias gcc='gcc -g -pthread '

保存并退出 Vim：

:wq

然后，执行以下命令以重新加载 .bashrc，使别名立即生效：

source ~/.bashrc

这样设置后，每次新打开的终端都会自动应用设置的别名。

线程与进程对比

优点

比多进程节省资源，可以共享变量。

缺点

• 稳定性

线程和进程相比，稳定性，稍微差些

线程共享进程的地址空间，如果一个线程发生错误（例如访问非法内存），可能会导致整个进程崩溃。这是因为线程之间没有内存隔离，因此相对于多进程模式，线程的稳定性稍差。

线程的调度依赖于操作系统的线程调度器，当系统负载过高时，线程之间的竞争可能导致线程饥饿或优先级反转等问题。

• 调试难度

线程的调试gdb，相对麻烦些
info thread 查看当前程序中所有线程的状态
可以使用 thread <thread_id> 命令切换到指定的线程。例如，要调试线程 3，可以输入thread 3 

线程与进程区别

资源

• 共享资源

线程：线程在同一个进程内运行，所有线程共享进程的全局资源，如地址空间、文件描述符、信号处理程序等。这种共享资源带来了一定的性能优势，但也引入了资源竞争的问题。例如，如果多个线程同时访问共享数据而没有正确的同步机制，就可能会导致数据不一致或竞态条件。

进程：进程有自己独立的资源，包括独立的内存空间、文件描述符等。进程之间没有直接的资源共享，如果需要通信，必须通过进程间通信（IPC）机制（如管道、消息队列、共享内存等）来进行。

• 私有资源

线程：虽然线程共享大部分资源，但每个线程仍然有自己的私有资源，例如栈（用于函数调用、局部变量等）和寄存器（如程序计数器、栈指针等）。通常，每个线程的栈空间较小，默认大小在 8 MB 左右（这可以在系统配置或程序代码中调整）。

进程：进程的所有资源都是私有的，其他进程无法直接访问。每个进程都有自己的地址空间，典型的用户空间为 3 GB（在 32 位系统上），剩余 1 GB 保留给内核空间。

空间和通信

• 地址空间

线程：线程共享同一个进程的地址空间，这意味着一个线程可以直接访问另一个线程的数据。这种共享空间允许线程之间进行快速通信和数据交换，但也要求开发者小心管理，以避免数据竞争和死锁等问题。

进程：进程有各自独立的地址空间，这意味着一个进程无法直接访问另一个进程的内存数据。这种隔离增强了系统的稳定性和安全性，但也使得进程间通信变得更为复杂，通常需要使用 IPC 机制来交换数据。

• 通信

线程：由于线程共享同一个进程的地址空间，所以它们可以通过共享内存进行直接通信。没有额外的开销，可以非常高效地共享数据。

进程：进程之间不能直接共享数据，因此必须依赖操作系统提供的 IPC 机制进行通信。这些机制通常包括管道（pipe）、消息队列（message queue）、共享内存（shared memory）、信号（signal）等。虽然这些方法也可以实现数据交换，但相比线程间的直接通信，效率会稍低一些。

线程的设计框架  posix

创建多线程 >>线程空间操作 >>线程资源回收（栈区）
errno   strerror（errno）  perror();

创建多线程

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

• 功能

该函数可以创建指定的一个线程。

• 参数

thread 线程id，需要实现定义并由该函数返回。
attr   线程属性，一般是NULL，表示默认属性。
start_routine 指向指针函数的函数指针。
        本质上是一个函数的名称即可。称为th 回调函数,是线程的执行空间。
arg  回调函数的参数，即参数3的指针函数参数。

• 返回值

成功 0        失败 错误码

注意：一次pthread_create执行只能创建一个线程。
  每个进程至少有一个线程称为主线程。(主线程不需要创建)
  主线程退出则所有创建的子线程都退出。 
  主线程必须有子线程同时运行才算多线程程序。
  线程id是线程的唯一标识，是CPU维护的一组数字。
  pstree 查看系统中多线程的对应关系。
  多个子线程可以执行同一回调函数。

获得当前线程的线程号

pthread_t pthread_self(void); 

返回值的类型unsigned long int; 可用%lu打印

• 功能

获取当前线程的线程id

• 参数

无

• 返回值

成功 返回当前线程的线程id        失败  -1；

线程的退出

pthread_exit

自行退出>>自杀  >>子线程自己退出
exit(1);

void pthread_exit(void *retval);  exit  return p;

• 功能

子线程自行退出

• 参数

retval 线程退出时候的返回状态，临死遗言。

• 返回值

无

pthread_cancel

强制退出 >>他杀  >>主线程结束子线程

int pthread_cancel(pthread_t thread);

• 功能

请求结束一个线程

• 参数

thread 请求结束一个线程tid

• 返回值

成功 0        失败 -1

线程的回收

线程的回收机制 

不同与进程没有孤儿线程和僵尸线程
>>主线程结束任意生成的子线程都会结束
>>子线程的结束不会影响主线程的运行

pthread_join

 int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);   

 **改变指针的指向

•   功能

通过该函数可以将指定的线程资源回收，该函数具有阻塞等待功能，如果指定的线程没有结束，回收线程会阻塞。

•   参数

thread  要回收的子线程tid
retval  要回收的子线程返回值/状态。——ptread_exit(值);

•   返回值

成功 0        失败 -1；

  子线程的回收策略

1、如果预估子线程可以有限范围内结束则正常用pthread_join等待回收。
2、如果预估子线程可能休眠或者阻塞则等待一定时间后强制回收。
3、如果子线程已知必须长时间运行则，不再回收其资源。

  线程的参数与返回值

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

void *fun(void *arg) {
    int x = *(int *)arg;  // 解引用指针，获取传递的整数值
    printf("Thread received: %d\n", x);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t tid;
    int x = 10;
    
    pthread_create(&tid, NULL, fun, &x);  // 将 x 的地址传递给线程函数
    pthread_join(tid, NULL);  // 等待线程执行完成
    
    return 0;
}

pthread_create 传递参数

pthread_create(&tid, NULL, fun, &x); 中的 &x 是传递给线程函数 fun 的参数。由于线程函数的参数类型是 void *，所以必须传递指针。

线程函数 fun

void *fun(void *arg) 中的 arg 是一个通用指针，可以指向任何类型的数据

在函数内部，可将 arg 转换为具体的数据类型，这里是 int 类型的指针，然后通过解引用来获取实际的整数值：int x = *(int *)arg;

• 由于线程函数的参数类型必须是 void *，所以任何参数都需要通过指针传递，甚至是简单的整数。
• 在线程函数内部，通常需要将 void * 类型的参数转换回实际类型，如将 void *arg 转换为 int *。

线程的分离

设置线程分离属性的主要目的是让线程在结束后，系统能够自动回收其资源，而不需要主线程通过 pthread_join 来等待它的结束。对于那些不需要与主线程同步或者不需要获取其返回值的线程，设置分离属性可以简化资源管理。

pthread_detach

int pthread_detach(pthread_t thread);

• 功能

pthread_detach 函数用于将一个已经创建的线程设置为分离状态。一旦线程被设置为分离状态，当它终止时，其所有资源（如栈、线程控制块等）会自动被系统回收，而不需要调用 pthread_join 来等待它的结束。

• 参数

thread：线程ID，表示要设置为分离状态的线程。通常传入的是当前线程的ID或其他需要分离的线程的ID。

• 返回值

0：成功。

非0：失败，返回错误码。

pthread_detach 通常在以下情况下使用：

• 不需要同步：如果主线程或其他线程不需要等待某个线程的结束（即不需要获取其返回值），可以将该线程设置为分离状态，以便其终止后自动释放资源。
• 动态设置：可以在线程创建后，动态决定是否将该线程设置为分离状态。

线程的清理

pthread_cleanup_push

void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *), void *arg);

• 功能

注册一个线程清理函数。当线程被取消或以其他方式退出时，会自动调用这个清理函数，确保资源被正确释放。

• 参数

routine：清理函数的入口，即一个函数指针。该函数将在清理时被调用。

arg：传递给清理函数的参数。这个参数可以是任何需要在清理时使用的数据或资源句柄。

• 返回值

无返回值。

pthread_cleanup_pop

void pthread_cleanup_pop(int execute);

• 功能

调用先前由 pthread_cleanup_push 注册的清理函数。

这个函数通常与 pthread_cleanup_push 成对出现。

• 参数

execute：

如果 execute 非0，则会立即执行清理函数。

如果 execute 为0，则不会执行清理函数。

• 返回值

无返回值。

标签：函数,int,void,线程,pthread,进程
From： https://blog.csdn.net/weixin_62409078/article/details/141386712