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Linux高级编程——线程

news 文章来源：https://blog.csdn.net/m0_71703182/article/details/140036301 2025/1/12 15:54:51

pthread 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.
线程是系统中最小的执行单位。

优点： 比多进程节省资源，可以共享变量

进程会占用３ｇ左右的空间，线程只会占用一部分，大概８Ｍ的空间

进程的父子不会共享,但一个进程之间的线程的资源可以共享.

进程的父子不是平级关系,线程是平级关系

特征：s's
   1、共享资源
   2、效率高 30%
   3、三方库： pthread clone posix
           3.1 编写代码头文件： pthread.h
           3.2 编译代码加载库： -lpthread library
           libpthread.so (linux库)
           gcc 1.c -lpthread -lc
   缺点：
   1，线程和进程相比，稳定性，稍微差些
   2，线程的调试gdb，相对麻烦些。
       info thread
       *1
       2
       3
       thread 3

线程与进程区别：

   资源：
       线程比进程多了共享资源。 IPC
       线程又具有部分私有资源。
       进程间只有私有资源没有共享资源。
   空间：
       进程空间独立，不能直接通信。
       线程可以共享空间，可以直接通信。

进程解决相对复杂的问题,线程解决相对复杂的问题.

共同点:

二者都可以并发

3、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
errno strerror（errno） perror();

3.1 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。
   主线程退出则所有创建的子线程都退出。暂时先用while(1);
   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。
   ps -eLf 查看线程相关信息Low Weigth Process
   ps -eLo pid,ppid,lwp,stat,comm

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
void *th1(void*arg)
{while(1){printf("发送视频\n");sleep(1);}
}void *th2(void*arg)
{while(1){printf("接受控制\n");}
}int main(int argc, const char *argv[])
{pthread_t tid1,tid2;pthread_create(&tid1,NULL,th1,NULL);pthread_create(&tid2,NULL,th2,NULL);while(1);return 0;
}

main 函数开始执行。
使用 pthread_create 创建了两个线程 tid1 和 tid2。
th1 线程开始执行其无限循环，并在每次迭代中打印 "发送视频"，然后暂停一秒。
同时（几乎是同时），th2 线程也开始执行其无限循环，不断打印 "接受控制"。
因为两个线程是并发执行的，所以它们之间没有固定的打印顺序。这取决于操作系统调度器的决策，哪个线程在何时获得CPU时间片。
main 函数中的 while(1); 是一个空循环，它使主线程保持活动状态，防止程序立即退出。然而，这个空循环并没有为程序提供任何有用的功能，通常你可能会使用某种形式的线程同步或等待（如 pthread_join）来确保主线程在所有其他线程完成后才退出。

此时输出是乱的,是由于

线程调度是由操作系统控制的，它决定哪个线程在何时运行。这取决于许多因素，包括线程优先级、系统负载、可用的CPU核心数量等。
由于两个线程都在无限循环中，并且没有同步机制（如互斥锁、条件变量等），所以它们会尽可能快地交替执行（或并行执行，如果系统有多个CPU核心），导致输出看起来没有规律。

2、pthread_t pthread_self(void); unsigned long int; %lu 获取线程号

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；
syscall(SYS_gettid);
这个方法重启后失效
alias gcc='gcc -g -pthread '
unalias gcc

永久起作用
cd ~ //家目录
vim .bashrc
alias gcc='gcc -g -pthread ' :wq

source .bashrc 生效

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
void *th1 (void*arg)
{while(1){printf("发送视频 %lu\n",pthread_self());sleep(1);}
}void *th2 (void*arg)
{while(1){printf("接受控制 %lu\n",pthread_self());sleep(1);}
}int main(int argc, char *argv[])
{pthread_t tid1,tid2;pthread_create(&tid1,NULL,th1,NULL);pthread_create(&tid2,NULL,th2,NULL);printf("main th %lu\n",pthread_self());while(1);return 0;
}

使用pthread_create创建两个线程：tid1（运行th1）和tid2（运行th2）。
打印主线程的ID。
使用while(1);使主线程进入无限循环，以保持程序运行。否则，当主线程结束时，程序可能会立即终止，导致其他线程也被终止

练习题：
   设计一个多线程程序，至少有三个子线程
   每个线程执行不同的任务，并实时打印执行
   过程，同时表明身份。

   eg: ./a.out ==>tid =xxx... zheng ...
                   tid2 = xxx wozai.
                   tid3 = xxx wozai ssss

线程的退出：

1.直接用return;

2：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

           th
           {
               int a =10;

               pthread_exit(&a);
           }
           join(,&ret)


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
void *th1 (void*arg)
{int i =10;while(i--){printf("发送视频 %lu\n",pthread_self());sleep(1);}pthread_exit(NULL);//return NULL;
}void *th2 (void*arg)
{int i = 10;while(i--){printf("接受控制 %lu\n",pthread_self());sleep(1);}pthread_exit(NULL);
}int main(int argc, char *argv[])
{pthread_t tid1,tid2;pthread_create(&tid1,NULL,th1,NULL);pthread_create(&tid2,NULL,th2,NULL);printf("main th %lu\n",pthread_self());while(1);return 0;
}

3. 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 (在主线程种调用写入某个线程id号,可以关闭该线程)
       参数：thread 请求结束一个线程tid(想要关闭的线程id号)
       返回值：成功 0
               失败 -1；

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
void *th1 (void*arg)
{while(1){printf("发送视频\n");sleep(1);}
}void *th2 (void*arg)
{while(1){printf("接受控制\n");sleep(1);}
}int main(int argc, char *argv[])
{pthread_t tid1,tid2;pthread_create(&tid1,NULL,th1,NULL);pthread_create(&tid2,NULL,th2,NULL);int i = 0 ;while(1){i++;if(3 == i ){pthread_cancel(tid1);}if(5 ==i){pthread_cancel(tid2);}sleep(1);}return 0;
}

作业：
创建一个多线程程序，至少有10个子线程，
每个线程有会打印不同的数据，同时表明身份。

线程的回收

   1、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。
   char * retval ; retval++; 1
   int * retval;

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
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，则回收线程会阻塞。
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
失败返回一个错误号,是一个大于零的数；

失败可以用

#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
void *th1 (void*arg)
{int i = 10;while(i--){printf("发送视频\n");sleep(1);}
}void *th2 (void*arg)
{int i = 10;while(i--){printf("接受控制\n");sleep(1);}
}int main(int argc, char *argv[])
{pthread_t tid1,tid2;pthread_create(&tid1,NULL,th1,NULL);int ret = pthread_create(&tid2,NULL,th2,NULL);if(ret!=0){// perror()fprintf(stderr,"error %s\n",strerror(ret));//exit();}pthread_join(tid1,NULL);pthread_join(tid2,NULL);return 0;
}

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，返回值

1、传参数

   传整数 ===》int add(int a,int b); ///a b 形参
               add(x,y); x y 实参

pthread_create(&tid,NULL,fun,x);

       fun ==>void * fun(void * arg);

   练习：创建一个子线程并向该线程中传入一个字符在
       线程中打印输出。
       在此基础上向子线程中传入一个字符串，并在
       子线程中打印输出。

       add(int a, int b)
       {
           int c = a+b;
           char buf[]=""
           return c;
       }
                   5
       int d = add(2,3);

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>void* th(void* arg)
{static int a =20;return &a;
}int main(int argc, char *argv[])
{pthread_t tid;void* ret;pthread_create(&tid,NULL,th,NULL);pthread_join(tid,&ret);printf("ret %d\n",*(int*)ret);return 0;
}

   传字符串
       栈区字符数组：
       字符串常量：
       char *p = "hello";
       堆区字符串；
           char *pc = (char *)malloc(128);
           ptread_create(&tid,NULL,fun,pc);

pthread_join(tid,NULL);

           free(pc);

           fun(void *arg)
           {
               char * pc = (char *)arg   ;
               printf("%s \n",pc);
                       %c
           }

栈区

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>void* th(void* arg)
{static char buf[256]={0};strcpy(buf,"要消亡了\n");return buf;
}int main(int argc, char *argv[])
{pthread_t tid;void* ret;pthread_create(&tid,NULL,th,NULL);pthread_join(tid,&ret);printf("ret %s\n",(char*)ret);return 0;
}

堆区:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>void* th(void* arg)
{char * tmp = (char* )arg;strcpy(tmp,"hello");return tmp;
}int main(int argc, char *argv[])
{pthread_t tid;char * p = (char*)malloc(50);void* ret;pthread_create(&tid,NULL,th,p);pthread_join(tid,&ret);printf("ret %s\n",(char*)ret);free(p);return 0;
}

传结构体
   1、定义结构体类型
   2、用结构体定义变量
   3、向pthread_create传结构体变量
   4、从fun子线程中获取结构体数据

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
typedef struct 
{char * p;int a;
}TH_ARG;
void* th(void* arg)
{TH_ARG * tmp = (TH_ARG* )arg;strcpy(tmp->p,"hello");//strcpy( ((TH_ARG*)arg)->p ,"hello");tmp->a +=10;return tmp;
}int main(int argc, char *argv[])
{pthread_t tid;int a  =20;char * p = (char*)malloc(50);TH_ARG arg;arg.a = a;arg.p = p;void* ret;pthread_create(&tid,NULL,th,&arg);pthread_join(tid,&ret);printf("ret %s %d\n",((TH_ARG*)ret)->p,((TH_ARG*)ret)->a);free(p);return 0;
}

练习：
定义一个包含不同数据类型的测试结构体
并向子线程传参数，同时在子线程中打印输出。

   定义一个回调函数可以完成计算器的功能
   定义一个数据结构体可以一次传入不同的数据
   和计算方式并将结果打印输出。
   //2 + 3.6
   // 2 + 3 2+3
   // 8 * 6
   typedef strcut
   {
       float a;
       float b;
       char c;//+ - * /
       float d;
   }JSQ;

返回值：pthread_exit(0) ===>pthread_exit(9);
pthread_join(tid,NULL); ===>pthread_join(tid,?);
10;
-10;
int * p =malloc(4);
*p = -10;
1、pthread_exit(?) ==>? = void * retval;
纯地址

2、pthread_join(tid,?) ==>? = void **retval;
                           地址的地址
原理：子线程退出的时候，可以返回一个内存地址
   改值所在的内存中可以存储任何数据，只要
   地址存在，则数据都可以正常返回。

   地址有三种：
   0、栈区变量错误，子线程结束该地址失效。
   1、全局变量失去意义，本质可以直接访问。

2、静态变量
3、堆区变量

主线程通过一个地址形式的变量来接受子进程
返回的地址变量就可以将该地址中的数据取到。

练习：从子线程中申请一块堆区内存并存字符串
将该字符串以返回值形式返回到主线程并打印输出。

设置分离属性，目的线程消亡，自动回收空间。

主线程没有空,才设置分离属性来回收.

attribute

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
   功能，初始化一个attr的变量
   参数：attr，需要变量来接受初始值
   返回：0 成功，
   非0 错误；
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
   功能：销毁attr变量。
   attr，属性变量
   返回：0 成功，
   非0 错误；


   man -k
   int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr
, int detachstate);
   功能：把一个线程设置成相应的属性
   参数，attr，属性变量，有init函数初始化他。
   detachstate：有2个可选值，

   PTHREAD_CREATE_DETACHED：设置分离属性。

   第二种设置分离属性：
int pthread_deatch(pthread_t thread);
   功能，设置分离属性
   参数，线程id号，填自己的id

   do{


   }while()

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
void* th(void* arg)
{pthread_detach(pthread_self());return NULL;
}int main(int argc, char *argv[])
{pthread_t tid;int i = 0 ;for(i=0;i<50000;i++){int ret = pthread_create(&tid,NULL,th,NULL);if(ret!=0){break;}// pthread_detach(tid);}printf("%d \n",i);return 0;
}

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

   功能：注册一个线程清理函数
   参数，routine，线程清理函数的入口
       arg，清理函数的参数。
   返回值，无

void pthread_cleanup_pop(int execute);
   功能：调用清理函数
   execute，非0 执行清理函数
           0 ，不执行清理

   返回值，无

do
{

}while(1)

process               thread
fork               pthread_create
getpid,ppid,       pthread_self
exit,               pthread_exit
wait,waitpid,       pthread_join
kill,               pthread_cancel
atexit                pthread_clean,
exec               system--->fork->exec (ls)