Linux高级编程——线程

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;
}

1. main 函数开始执行。
2. 使用 pthread_create 创建了两个线程 tid1 和 tid2。
3. 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。
4. 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"。
5. 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。
6. 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)