线程与线程控制

原文链接：http://www.orlion.ga/1250/

一、线程

同一进程的多个线程共享同一地址空间，因此Text Segment、Data Segment都是共享的，如果定义一个函数，在个线程中都可以调用，如果定义一个全局变量，在各线程中都可以访问到，除此之外，个线程还共享一下进程资源和环境:

文件描述符
每种信号的处理方式(SIG_IGN、SIG_DFL或者自定义的信号处理函数)
当前工作目录
用户id和组id

但有些资源使每个线程各有一份的:

线程id
上下文，包括各种寄存器的值、程序计数器和栈指针
栈空间
errno变量
信号屏蔽字
调度优先级

二、线程控制

1、创建线程

#include <pthread.h>

int pthread_create(pthread_t *restrict thread, const pthread_attr_t * restrict attr, void *(*start_routine)(void *), void * restrict arg);

返回值:成功返回0，失败返回错误号。其他的系统函数都是成功返回0，失败返回-1，而错误号保存在全局变量errno中，而pthread库的函数都是通过返回值返回错误号，虽然每个线程也都有一个errno，但这是为了兼容其他函数接口而提供的，pthread库本身并不使用它，通过返回值返回错误码更加清晰。

在一个线程中调用pthread_create()创建线程后，当前线程从pthread_create()返回继续往下执行，而新的线程所执行的代码由我们传给pthread_create的函数指针start_routine决定。start_routine函数接收一个参数，是通过ptherad_create的arg参数传递给它的，该参数的类型为void *，这个指针按什么类型解释由调用者自己定义。start_routine的返回值类型也是void *，这个指针的含义同样由调用者自己定义。start_routine返回时，这个线程就退出了，其他线程可以调用pthread_join得到start_routine的返回值，类似于父进程调用wait()得到子进程的退出状态。

pthread_create成功返回后，新创建的线程的id被填写到thread参数所指向的内存单元。进程id的类型是pid_t，每个进程的id在整个系统中是唯一的，调用getpid()可以获得当前进程的id，是一个正整数值。线程id的类型是thread_t，它只在当前进程中保证是唯一的，在不同的系统中thread_t这个类型有不同的实现，他可能是一个整数值，也可能是一个结构体，也可能是一个地址，所以不能简单的当成整数用printf打印，调用pthread_self()可以获得当前线程的id。

attr参数表示线程属性。例:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
pthread_t ntid;
void printids(const char *s)
{
        pid_t      pid;
        pthread_t  tid;
        pid = getpid();
        tid = pthread_self();
        printf("%s pid %u tid %u (0x%x)
", s, (unsigned int)pid,
               (unsigned int)tid, (unsigned int)tid);
}
void *thr_fn(void *arg)
{
        printids(arg);
        return NULL;
}
int main(void)
{
        int err;
        err = pthread_create(&ntid, NULL, thr_fn, "new thread: ");
        if (err != 0) {
                fprintf(stderr, "can't create thread: %s
", 
strerror(err));
                exit(1);
        }
        printids("main thread:");
        sleep(1);
        return 0;
}

编译（gcc编译时要加上选项 -lpthread）运行结果:

可知在linux上，thread_t类型是一个地址值，属于同一进程的多个线程调用getpid()可以得到相同的进程号,而调用pthread_self()得到的线程号各不相同

由于pthread_create的错误码不保存在errno中，因此不能直接用perror()打印错误信息，可以先用strerror()把错误码转成错误信息再打印

如果任意一个线程调用了exit或_exit，则整个进程的所有线程都终止，由于从main函数return也相当于调用exit，为了防止新创建的线程还没有得到执行就终止，我们在main函数return之前延时1秒，但是即使主线程等待1秒钟，内核也不一定会调度新创建的线程执行。

2、终止线程

只终止线程而不终止进程的方法有三种

从线程函数return。主线程return相当于调用了exit。
一个线程可以调用pthread_cancel终止同一进程中的另一线程
线程可以调用pthread_exit终止自己。

用pthread_cancel终止一个线程分同步和异步两种情况，比较复杂。

#include <pthread.h>

void pthread_exit(void *value_ptr);

value_ptr是void *类型，和线程函数返回值的用法一样，其他线程可以调用pthread_join获得这个指针。

pthread_exit或者return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者是用malloc分配的，不能在线程函数的栈上分配，因为当其他线程得到这个返回指针时线程函数已经退出了。

#include <pthread.h>

int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);

返回值:成功返回0，失败返回错误号

调用该函数的线程将挂起等待，直到id为thread的线程终止。thread线程一不同的方法终止，通过pthread_join得到的终止状态是不同的，总结如下:

如果thread线程通过return返回，value_ptr所指向的单元里存放的是thread线程函数的返回值。
如果thread线程被别的线程调用pthread_cancel异常终止掉，value_ptr所指向的单元里存放的是常数PTHREAD_CANCELED。
如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的，value_ptr所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数。

如果对thread线程的终止状态不感兴趣，可以传NULL给value_ptr参数。

例:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
void *thr_fn1(void *arg)
{
        printf("thread 1 returning
");
        return (void *)1;
}
void *thr_fn2(void *arg)
{
        printf("thread 2 exiting
");
        pthread_exit((void *)2);
}
void *thr_fn3(void *arg)
{
        while(1) {
                printf("thread 3 writing
");
                sleep(1);
        }
}
int main(void)
{
        pthread_t   tid;
        void        *tret;
        pthread_create(&tid, NULL, thr_fn1, NULL);
        pthread_join(tid, &tret);
        printf("thread 1 exit code %d
", (int)tret);
        pthread_create(&tid, NULL, thr_fn2, NULL);
        pthread_join(tid, &tret);
        printf("thread 2 exit code %d
", (int)tret);
        pthread_create(&tid, NULL, thr_fn3, NULL);
        sleep(3);
        pthread_cancel(tid);
        pthread_join(tid, &tret);
        printf("thread 3 exit code %d
", (int)tret);
        return 0;
}

结果：

可见在Linux的pthread库中常数PTHREAD_CANCELED的值是-1.可以在头文件pthread.h中找到它的定义：

#define PTHREAD_CANCELED ((void *)-1)

一般情况下，流程终止后，其终止状态一直保留到其它线程调用pthread_join获取它的状态为止。但是线程也可以被置为detach状态，这样的线程一旦终止就立刻回收它所占用的所有资源，而不保留终止状态。不能对一个已经处于detach状态的线程调用pthread_join,这样的调用将返回EINVAL。对一个尚未detach的线程调用pthread_join或pthread_detach都可以把该线程置为detach状态，也就是说不能对同一线程调用两次pthread_join,或者如果已经对一个线程调用pthread_detach就不能再调用pthread_join了。

#include <pthread.h>

int pthread_detach(pthread_t tid);

返回值：成功返回0，失败返回错误号。