Linux — POSIX 线程基础

不念不忘少年蓝@ 2022-05-18 03:04 132阅读 0赞

线程对于Linux后台程序员来说并不陌生，线程带给我们并发能力的提升，也提高了软件开发和问题定位的难度，本文

尝试结合GlibC 代码， 对POSIX的线程做一个简单说明，重点介绍线程的创建，释放和连接上需要注意的问题。

多进程和多线程的都只有一个目的，并行处理，提高CPU利用率。相比进程，线程的优势体现在以下几个方面：

1.线程创建销毁开销小于进程

2.线程上下文切换开销小于进程

3.线程间通信优于进程

针对第三点，这针对第三点，这是一个见仁见智的问题，一个进程下的所有线程共享内存地址，所以线程间的通信可

以很随意，但是为了维护对公共资源的有序读写，又引入了锁，信号量等机制，这些工具一旦使用不当会出现死锁，

临界区竞争等问题，所以多线程的模式也提高了编程难度和定位问题的复杂度.

Linux的线程也叫 轻量级线程（LWP, light weight process），来自 Native POSIX Thread Library （NPTL）库的实现

，该库在1995年被POSIX.1c定为标准API。每个线程拥有自己的task\_struct，所以用独立的堆栈空间，能独立的够被

CPU调度。

#include <pthread.h>
    
    int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);

参数性质：

分别为，线程ID，线程属性，执行函数入口，线程执行函数参数.

POSIX 线程的第一个参数 thread 类型为 pthread\_t，本质是long int 型。用于返回进程中唯一标识ID。因为该ID只在

进程中唯一识别线程，所以可称为局部线程ID（相对后面用于CPU调度，pid\_t类型的全局线程ID而言）。在NPTL

中，thread 存储的是线程描述结构（struct pthread）的地址。

由于栈地址是复用的，所以thread\_t\* thread的值也会重复，如果主线程创建了一个线程后退出，那么再创建的线程

其 thread 值会和前面的线程一样的

POSIX 线程是CPU的调度实体，所以CPU需要一个唯一ID标示不同的线程，这就是pid\_t类型的全局线程ID。Linux

的进程由一个或多个线程组成，所以进程也叫线程组，线程组内的第一个线程称为主线程，该线程ID就是线程组

ID，也是进程ID。而之后创建的线程，其线程组ID（进程ID）不变，每个线程有独立的，pid\_t类型的LWP ID，CPU

就是根据该ID获得线程上下文信息（struct\_task）实现线程调度.

线程的栈：

进程的内存分布布局中，用户空间分为我们熟知的代码段，已初始化数据段，未初始化数据段，堆，栈等等. 随着

进程启动，用户内存空间单独划分一段区域为主线程栈，主线程栈的大小可以动态变化，从高地址向下扩展，随后

创建的线程栈大小则是固定的，线程栈通过mmap方式在内存映射区划分内存，线程栈大小可以通过ulimit -s

查看，默认为8192kb大小，线程栈之间有一个保护区，该区域被访问触发会发信号告警，保护区默认大小是一个

内存页(4096字节).

![1516028796_37_w632_h575.png][]

线程退出：

#include <pthread.h>
    
     void pthread_exit(void *retval);

其中参数retval是要退出后要上报的结果，其他线程可以通过pthread\_join得到该值.

需要注意的是，retval要求指向的地址不会因为线程退出而失效，这说明用线程变量存储返回值是不靠谱的.

线程的连接：

#include <pthread.h>
    
    int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

pthread\_join函数用于取出其他线程退出后上报的结果，只能针对可连接的线程(joinable)线程使用，而且每个线程

只能被；连接一次。 参数thread是上下文提到的局部线程ID，线程不能自己连接自己，既不能在thread填写自己的

局部线程ID.

pthread\_join 的作用和进程中的waitpid非常像，waitpid是父进程为子进程“收尸”，pthread\_join也是一个线程为另

一个线程“收尸”。父进程如果不进行wait操作，子进程退出后就会成为僵尸进程，线程也一样，可连接（joinable

）的线程在退出后如果没有其他线程调用pthread\_join 接住它的退出状态，那它也同样不会释放线程的资源。调

用pthread\_join的线程在接收到返回状态前会陷入阻塞。

和进程的wait不同，父进程可以等待任何一个子进程退出，但是线程必须明确指定要等待的线程id。这是因为线程

之间没有父线程和子线程层级关系。一个进程也就是一个线程组，里面只有一个主线程，其他的都是衍生出来的

线程，人人平等，即便主线程调用pthread\_exit退出了（不建议这么做），进程还是能继续运行。

线程分离：

如果线程觉得退出也没什么遗言，可以把线程属性设置为分离状态，线程的分离状态可以在创建线程时配置属性

来调整，pthread\_attr\_setdetachstate(attr, PTHREAD\_CREATE\_DETACHED)也可以在任何线程中调用

pthread\_detach函数来调整该属性

#include <pthread.h>
    
    int pthread_deatch(pthread_t thread);

较为普遍的做法是线程内部自己修改分离状态。

pthread\_detach(pthread\_self())

线程处于分离状态表示退出后没有任何遗言，随着线程结束马上交出栈资源，所以也无需其他线程连接它。

pthread\_join 分离状态的线程，会返回错误 EINVAL。

[1516028796_37_w632_h575.png]: http://km.oa.com/files/photos/captures/201801/1516028796_37_w632_h575.png

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