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嵌入式：Linux软件编程：线程

news 2025/8/16 13:48:23

一、线程：进程内的轻量级执行单元

1. 基本概念

进程是资源分配的基本单位，而线程是CPU 调度的基本单位。一个进程可以包含多个线程，线程共享进程的内存空间（文本段、数据段、堆区等），但拥有独立的栈区和寄存器。

线程是一个轻量级的进程
- 线程本质就是一个进程
- 线程和进程不完全一致，轻量指空间，进程空间和线程空间管理方法不同

2. 线程与进程的核心区别

维度	进程	线程
资源分配	独立地址空间，资源独占	共享进程资源
切换开销	大（需切换地址空间）	小（仅切换栈和寄存器）
通信方式	需 IPC（如管道、信号量）	直接访问共享内存
独立性	高（一个崩溃不影响其他）	低（共享资源，相互影响）

进程和线程区别

线程本质是进程，线程是任务创建、调度、回收的过程
进程空间：文本段 + 数据段 + 系统数据段
线程空间：
- 线程必须位于进程空间内部，没有进程，线程无法独立存在
- 一个进程中的所有线程共享 文本段 + 数据段 + 堆区，独享栈区
- 线程独享的栈区默认认为 8M
- 一个进程中的多个线程切换调度任务时，资源开销比较小

进程和线程核心区别：

线程是 CPU 任务调度的最小单元
进程是 操作系统资源分配的最小单元

3. 多进程和多线程的优缺点

场景	多进程	多线程	对比
效率	切换需重新映射物理地址，资源开销大	同一进程内切换，资源开销小	多线程 > 多进程
通信	无共享空间，需进程间通信（IPC）	有共享空间，定义共享变量即可交换数据	多线程 > 多进程
资源竞争	无共享空间，不存在资源竞争	共享空间通信，需保证互斥性（防资源竞争）	多进程 > 多线程
安全	空间独立，一个进程崩溃不影响其他进程	共用进程空间，一线程崩溃可能导致进程退出（其余线程失效）	多进程 > 多线程

4. 线程的调度

与进程调度规则一致
宏观并行（多线程同时执行的表象），微观串行（CPU 实际分时切换执行）

5. 线程的消亡

线程结束后需回收线程空间，否则产生 僵尸线程（资源泄漏）

6. 线程的创建与终止

创建线程：通过pthread_create()函数，需指定线程执行的函数、参数等。
终止线程：pthread_exit()主动结束线程，pthread_cancel()可取消其他线程。
等待线程：pthread_join()阻塞等待线程结束并回收资源，类似进程的wait()。

7. 线程的函数接口

（1）进程接口 vs 线程接口对比

进程接口	线程接口	功能
`fork`	`pthread_create`	创建进程 / 线程
`exit`	`pthread_exit`	结束进程 / 线程
`wait`	`pthread_join`	回收进程 / 线程资源

（2）`pthread_create`

int pthread_create(pthread_t *thread,         // 存放线程ID的地址const pthread_attr_t *attr,// 线程属性（默认传NULL）void *(*start_routine)(void *), // 线程函数入口void *arg                  // 传给线程的参数
);

功能：在进程内创建新线程
返回值：成功返回0，失败返回错误码

（3）`pthread_self`

pthread_t pthread_self(void);

功能：获取当前线程的 ID

（4）`pthread_exit`

void pthread_exit(void *retval);

功能：主动结束当前线程
参数：retval为线程退出时的返回值（可被pthread_join捕获）

（5）`pthread_join`

int pthread_join(pthread_t thread,  // 要回收的线程IDvoid **retval      // 存放线程退出值的地址（可选，传NULL则忽略）
);

功能：
- 阻塞等待目标线程结束，回收其资源；
- 同步功能（等待线程执行完毕）。
返回值：成功返回0，失败返回错误码。

注意：

若目标线程未退出，pthread_join会一直阻塞；
通过retval可获取线程通过pthread_exit设置的退出值。
pthread_join具备同步功能

#include "../head.h"// 线程函数：符合pthread库要求的函数签名（返回值void*，参数void*）
void *thread1(void *arg)
{   //可以合并为一个,只不过运行的代码一样而已printf("线程(TID:%#lx)开始运行\n",pthread_self());return NULL;
}
// void *thread2(void *arg)
// {
//     printf("线程(TID:%#lx)开始运行\n",pthread_self());//     return NULL;
// }
// void *thread3(void *arg)
// {
//     printf("线程(TID:%#lx)开始运行\n",pthread_self());//     return NULL;
// }int main (void)
{int ret1 = 0;int ret2 = 0;int ret3 = 0;pthread_t tid1;pthread_t tid2;pthread_t tid3;//thread:存放线程ID空间的 首地址// attr:线程的属性，默认属性NULL// start_routine:线程函数的入口// arg:线程传入的参数ret1 = pthread_create(&tid1,NULL,thread1,NULL);if(ret1 != 0){perror("fail to pthread_create\n");return -1;}ret2 = pthread_create(&tid2,NULL,thread1,NULL);if(ret2 != 0){perror("fail to pthread_create\n");return -1;}ret3 = pthread_create(&tid3,NULL,thread1,NULL);if(ret3 != 0){perror("fail to pthread_create\n");return -1;}// printf("线程(TID:%#lx)创建成功\n",tid);while(1){//线程执行的同时进程也在执行//防止进程先结束}return 0;
}

#include "../head.h"void *thread1(void *arg)
{printf("线程1(ITD:%#lx)开始执行\n", pthread_self());pthread_exit("线程1退出");return NULL;
}void *thread2(void *arg)
{printf("线程2(ITD:%#lx)开始执行\n", pthread_self());pthread_exit("线程2退出");return NULL;
}void *thread3(void *arg)
{printf("线程3(ITD:%#lx)开始执行\n", pthread_self());pthread_exit("线程3退出");return NULL;
}int main(void)
{pthread_t tid[3];int i = 0;// 函数指针数组// 是一个数组 数组里是指向函数的指针void *(*p[3])(void *) = {thread1, thread2, thread3};void *pret = NULL;//循环创建for (i = 0; i < 3; i++){pthread_create(&tid[i], NULL, p[i], NULL);}//循环退出for(i = 0;i < 3; i++){   // 具有阻塞的功能   回收线程pthread_join(tid[i],&pret);printf("线程退出状态:%s\n",(char *)pret);//pret本来是void * }#if 0pthread_t tid1;pthread_t tid2;pthread_t tid3;pthread_create(&tid1, NULL, thread1, NULL);pthread_create(&tid2, NULL, thread2, NULL);pthread_create(&tid3, NULL, thread3, NULL);
#endifwhile (1){}return 0;
}