Linux----线程

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

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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

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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
thread	pthread_t*	输出参数，存储新线程ID
attr	pthread_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_routine	void* (*)(void*)	线程入口函数（返回值为线程退出状态）
arg	void*	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）
• 

 

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2. 编译指令

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

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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
  }
  

    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;
}

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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

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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);