线程学习笔记

Posted 2020-08-27 杨静远

 

1.什么是线程？

老师说过学好操作系统（Operating System）最重要的三个概念就是文件、虚存和进程了。之前已经学习过进程，因此对于线程的概念就比较好理解了。

进程是一个执行实体，操作系统是以进程为单位分配资源。在一个执行空间内可以用多个小型进程并发来完成不同的任务，这种小型的进程称之为线程。进程是一个比较大的概念，线程是一个比较具体化的小的概念，比如一个进程需要完成这样一个任务，读出用户收到的数据，将这些数据进行排序，再将这些数据输出，这是一个进程要完成的任务，这个进程中可以有三个线程，分别负责读数据，数据排序，输出数据。从上边的举例我们可以看出来，操作系统中真正负责执行的线程，进程只是一个分配资源的实体。

2.线程的优势

我们先比较一下线程和进程，线程之于进程就像进程之于操作系统。从操作系统层面来看，执行的实体是进程，引入了线程的概念之后，执行的实体是线程。可以这样理解，他们都是执行实体。

相对于进程来说，线程的最大优势就是并行性强，在一个进程空间中可以并发进行多个线程，大大的提高程序的效率。总结来说有两个优势：

1.线程共享进程地址空间内的所有资源，因此线程之间的通信很方便，同样的任务如果用多进程的编程模型，必须使用进程间的通信才可以，相比之下效率低了很多。

2.多线程处理不同的任务，提高程序并发性，提高程序效率。在一个排序实例中，待排序数据过于庞大，无法一次性读入内存操作，需要先将数据读入内存，再排序，再输出这样一个循环，大部分的时间浪费在读入和输出上了，如果用多进程编程，一个进程负责读数据，一个进程负责排序，一个进程负责输出数据，这样效率就会提高很多。

3.线程标识符

同进程一样，线程也有自己的ID，数据类型是pthread_t，本质上也是一个无符号的整形。关于线程ID有两个函数要知道， pthread_self() 函数功能是得到线程ID的函数， pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2) 函数的功能是比较tid1和tid2两个线程ID是否相等，相等函数返回0，不等返回非0值。

4.创建线程

（1）创建线程

Linux环境下使用 pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t * restrict attr, void *(*start_rtn)(void *), void(*restrict arg)) 函数创建线程。

头文件：        #include <pthread.h> 

参数说明：     pthread_t *restrict tidp ：指向线程标识符的指针，函数返回时，tidp指向内核分配给线程的ID；

　　　　　　　 const pthread_attr_t * restrict attr ：设置线程属性，如果不想特别指定线程属性，一般设置为NULL；

　　　　　　　 void *(*start_rtn)(void *) ：线程运行函数的起始地址，start_rtn是一个函数指针，指向函数的返回值是一个void类型的指针，函数参数也是一个void类型的指针；

             　　  void(*restrict arg) ：运行函数start_rtn的参数，是一个void类型的指针。

返回值：成功创建进程返回值为0，失败返回错误编号，用perror()函数将编号映射为容易理解的描述性语言。

函数功能：创建一个新线程，并且指明线程属性。创建新线程的同时执行线程体函数。线程体函数根据自己需求定制。

示例程序：创建线程并打印其线程

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <pthread.h>

/* 线程函数，打印进程ID和线程ID */

void * thfn(void * arg)

{

       pid_t pid;                     /* 进程ID */

       pthread_t tid;               /* 线程ID */

       pid = getpid();                     /* 得到进程ID */

       tid = pthread_self();      /* 得到线程ID */

       /* 将两个ID转换为无符号整数打印 */

       printf("the new thread: pid is: %u, tid is: %u\n", (unsigned int)pid,

       (unsigned int)tid);

       return NULL;

}

int main(void)

{

       pid_t pid;

       int err;

       pthread_t tid, mtid;

       pid = getpid();

       mtid = pthread_self();                                            /* 得到主线程的线程ID */

       err = pthread_create(&tid, NULL, thfn, NULL); /* 创建线程，如果出错

                                                                                           err保存错误号 */

       /* 错误号和errno一样，可以由strerror函数将编号映射为容易理解的描述性语言 */

       if(err != 0){

              /* 不能使用perror函数，因为错误号不在errno变量内 */

              printf("can’t create thread %d\n", strerror(err));

              exit(1);    

       }

       /* 休眠一秒钟，保证新创建的线程在主线程之前被调用 */

       sleep(1);

       /* 打印主线程ID和进程ID */

       printf("the main thread: pid is: %u, tid is: %u\n", (unsigned int)pid,

       (unsigned int)mtid);

       return 0;

}