线程（下）【Linux操作系统】
文章目录
- 线程控制
- 线程共享进程地址空间中的所有数据
- 线程会瓜分进程的时间片
- 线程相关库函数
- 库函数：pthread_create
- 库函数：pthread_self
- 库函数：pthread_join
- 库函数：pthread_exit
- 库函数：pthread_cancel[尽量少用]
- 库函数：pthread_detach
- 为什么Linux线程相关的函数是库函数，而不是系统调用？
- 线程的状态和回收
- 线程终止
- 线程分离
- 线程库的理解
- 线程id
- 线程TCB的存放和内容
- TCB的存储
- TCB中的内容
- 线程的栈
- 线程局部存储
线程控制
线程共享进程地址空间中的所有数据
全局区，代码区，堆区，共享区，栈区都是共享的
没错栈区也是共享的
只要线程a能拿到线程b函数中的栈区变量的地址，就可以对它进行修改和访问
而且修改之后，线程b看到的也是改变了之后的【但是强烈不建议这么做】
线程会瓜分进程的时间片
即：
一个进程的时间片是10ns
它一共有5个线程，那么每个线程的时间片就是2ns
为什么呢？
操作系统进行调度时，是以线程为单位的
而且承担资源分配的基本实体是进程，进程是资源的容器，线程瓜分进程资源，而时间片也是资源！！！
所以，必须给每个线程分时间片，这样操作系统调度线程时，才知道线程什么时候时间片耗尽
而且：
如果线程的时间片和它所属的进程一样长，那么一个进程就可以通过创建更多线程，来延长自己占用CPU的时间
这显然对其他进程不公平
这和分时操作系统的公平调度理念不符
线程相关库函数
库函数：pthread_create
-
头文件：
pthread.h -
返回值：int
①成功，就返回0
②失败，就返回错误码 -
参数表：
-
①
pthread_t *thread：输出型参数，用于获取线程tid，本质也是一个整型 -
②
const pthread_attr_t *attr：线程属性 -
③
（void*）（*p）（void*）：指向给这个线程分配的函数的函数指针 -
④
void*arg：传给分配给线程的函数的参数
为什么是void * 类型？
就是为了支持接收任意类型的参数，变量，数组，对象都可以传递过去
这样就可以一次传递多个信息，也可以更好地支持C和C++混合编写
我们可以定义一个任务类，里面存储一些基本信息和分配给这个新线程的任务函数
即设计一个任务类，里面的成员变量就是任务函数，以及任务函数对应的参
-
-
作用：创建一个线程
库函数：pthread_self
-
头文件：
pthread.h -
返回值：
pthread_t
①成功，该线程的tid
②失败，就返回-1 -
作用：获取唯一标识一个线程的tid
库函数：pthread_join
-
头文件：
pthread.h -
返回值：int
①成功，0
②失败，就返回错误码 -
参数表：
-
①
pthread_t thread：要等待的线程的tid -
②
void**retval：因为分配给新线程的函数的返回值为void*类型的，所以以输出型参数的方式获取这个返回值就得是void**类型的
-
-
注意：
pthread_join是阻塞等待的从线程的
一般是主线程等待从线程
库函数：pthread_exit
-
头文件：
pthread.h -
返回值：void
-
参数表：
void*retval：线程的退出信息 -
作用：让调用这个函数的线程退出
库函数：pthread_cancel[尽量少用]
-
头文件：
pthread.h -
返回值：int
①成功，0
②失败，就返回错误码 -
参数表：
pthread_t thread：要取消的线程的tid -
注意：
- ①一个线程能被取消的前提是，这个线程已经启动了
- ②被取消的线程也必须被回收（不然会内存泄露），而且退出码必定是-1
库函数：pthread_detach
-
头文件：
pthread.h -
参数表：
pthread_t thread：要设置成要把被等待状态设置成detach的线程的tid -
作用：
把指定线程的被等待状态设置成detach
为什么Linux线程相关的函数是库函数，而不是系统调用？
因为在Linux中没有给线程先描述再组织
Linux内核中的线程是使用LWP模拟实现的
所以
Linux内核就只给我们提供了创建LWP的系统调用接口（即系统调用clone）操作线程的各种系统调用通通没有
用户不愿意直接去使用创建LWP的系统调用，因为使用这个系统调用还得去了解Linux的LWP等相关知识，成本太高了
所以
Linux就让库封装了LWP相关的系统调用得到了给用户提供了包括线程的各种操作的的库[库的名字就叫pthread]
封装成库之后，用户就只需要知道线程的相关概念就可以轻松使用库函数了
所以
Linux中，如果使用了线程相关的函数，那么编译时都要链接pthread动态库，pthread是Linux实现的自带的库，是原生线程库
所以：
其他任何语言想要在Linux平台上支持线程，就必须封装Linux的pthread库
线程的状态和回收
Linux中的线程就是用LWP（task_struct）模拟实现的
所以一个线程对应一个PCB
而PCB里面就存储了状态信息
所以线程的状态管理，完全可以复用进程的状态管理
从线程也需要被主线程等待和回收（使用pthread_join）
为什么❓
-
①因为线程的退出信息，在线程库中它自己的TCB中维护着，而TCB关联内核的LWP的生命周期
-
②因为主线程也要知道其他线程把任务执行地怎么样
所以如果不等待，即使线程退出了，操作系统也不敢释放它的LWP，就会出现与进程类似的僵尸问题
线程终止
会让线程终止的方法一共3种
-
①分配给线程的函数
return，该线程会退出 -
②线程调用了
pthread_exit，该线程就会退出 -
③其他线程（一般是主线程）调用
pthread_cancel取消线程
线程分离
主线程也可以不等待新线程，自己干自己的事
但是线程并不提供非阻塞等待
而是通过修改新线程的被等待状态，来做到
线程有两种被等待的状态
-
①
joinable：线程需要被join等待和回收（新线程默认是joined状态） -
②
detach：线程分离（这种状态的线程执行完了就直接退出，即使主线程调用pthread_join专门去等待分离状态的线程，也会因为检测到它是分离状态，主线程直接返回，不会阻塞）
此时要注意一点：
如果线程a和主线程分离了，如果线程a还在运行，主线程就退出了
这个时候可能：[不同的线程库实现不一样]
- ①因为主线程退出，进程就直接也退出了
- ②主线程退出，但是进程没退出
注意：
多执行流时，尽可能保证主执行流最后退出=
线程库的理解
线程id
我们使用的pthread库里面的接口的时候，使用的事线程id来操纵线程
但是线程id并不是Linux内核中的LWP，而是线程库pthread自己维护的
线程id的本质是地址，是线程库维护的这个线程对应的结构体（tcb）变量的起始地址
创建线程的时候，不仅Linux内核中会创建一个LWP描述线程的内核级属性，线程库pthread中也会创建一个TCB结构体变量来维护线程的用户级属性
即线程库中，会对线程进行先描述，再组织
为什么❓
-
①LWP是描述轻量级进程的，但是用户使用的是线程，所以用户需要的是线程的属性，而不是轻量级进程的属性
即LWP并不能非常好地描述用户所需的线程的属性（比如：LWP中没有维护这个线程的栈大小，而线程库TCB中维护了） -
②为了解藕
因为用户使用的是线程库，线程库创建出来的线程是用户级线程
用户级线程不宜和内核级线程共用结构体和数据结构，这样耦合度太高，而且还要使用系统调用陷入内核
线程库哪里来的空间对线程先描述再组织？
线程库维护进程的线程使用的空间是进程自己申请的物理内存（即使用进程的共享区内存来存储）
因为这样描述线程属性的结构体变量才有虚拟地址，执行流执行线程的库函数的时候，才能找到并访问到对应的数据
所以就可以做到：
不同的进程，使用同一个线程库，但线程库中维护的线程是不一样的
但是线程库的代码区的代码是一样的
线程TCB的存放和内容
TCB的存储
线程库中TCB的存储是在共享区中开辟一块内存，把所有TCB以及对应的连续存储在一起的
TCB中的内容
- ①对应的轻量级进程的LWP
- ②对应进程的pid
- ③void*result：分配给自己这个线程的函数的返回值
- ④用户分配给自己这个线程的入口函数的地址，以及它对应的参数
- ⑤自己这个线程对应的栈的起始虚拟地址，以及栈的大小
- ⑥线程对应的线程局部存储的起始地址，及其大小
- ⑦标记线程是否分离的bool类型的变量
线程的栈
线程的栈是独立的，分两种
-
①进程地址空间中所谓的栈区，其实是专门给主线程用的栈区，大小是不固定的，可以扩容（
当然也受到mm_struct的区域划分限制） -
②新线程的栈区是在创建新线程的同时，使用mmap在共享区开辟的一块的大小固定（一般默认是8MB，如果用满了8MB还用就会栈溢出）的内存
所以才说线程的栈是独立的
线程局部存储
一个全局变量b本来是被所有线程共享的，所有线程访问这个的全局变量b时，访问的虚拟地址是同一个
如果定义时，给全局变量b前面加一个__thread那么这个全局变量b就不是被所有线程共享的了，不同线程访问这个变量b时，访问的虚拟地址不同
这是怎么做到的？
如果一个变量a定义时加了__thread，编译器编译的时候，如果创建了新线程，就会在这个线程的线程局部存储中开辟空间存储一份这个变量a
以后这个线程访问这个变量a的时候，就只访问自己线程局部存储中的变量a
注意：
__thread只能修饰内置类型的变量
线程局部存储的作用：
-
①不同线程对应一个独立的错误码，比如C标准库提供的errno
-
②缓存线程属性等访问频繁的数据，提高访问速度
比如：
可以加__thread定义一个全局的线程id，在对应线程里面初始化之后
这样以后使用线程id，就不需要在调用pthread_self，直接用它，不同的线程看到的也是自己的id