線程控制

線程共享進程地址空間中的所有數據

全局區，代碼區，堆區，共享區，棧區都是共享的
沒錯棧區也是共享的
只要線程a能拿到線程b函數中的棧區變量的地址，就可以對它進行修改和訪問
而且修改之后，線程b看到的也是改變了之后的【但是強烈不建議這么做】

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線程會瓜分進程的時間片

即：
一個進程的時間片是10ns
它一共有5個線程，那么每個線程的時間片就是2ns

為什么呢？
操作系統進行調度時，是以線程為單位的
而且承擔資源分配的基本實體是進程，進程是資源的容器，線程瓜分進程資源，而時間片也是資源！！！
所以，必須給每個線程分時間片，這樣操作系統調度線程時，才知道線程什么時候時間片耗盡

而且：
如果線程的時間片和它所屬的進程一樣長，那么一個進程就可以通過創建更多線程，來延長自己占用CPU的時間
這顯然對其他進程不公平
這和分時操作系統的公平調度理念不符

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線程相關庫函數

庫函數：pthread_create

• 頭文件：pthread.h

• 返回值：int
  ①成功，就返回0
  ②失敗，就返回錯誤碼

• 參數表：

  • ①pthread_t *thread：輸出型參數，用于獲取線程tid，本質也是一個整型

  • ②const pthread_attr_t *attr：線程屬性

  • ③（void*）（*p）（void*）：指向給這個線程分配的函數的函數指針

  • ④void*arg：傳給分配給線程的函數的參數
    為什么是void * 類型？
    就是為了支持接收任意類型的參數，變量，數組，對象都可以傳遞過去
    這樣就可以一次傳遞多個信息，也可以更好地支持C和C++混合編寫
    我們可以定義一個任務類，里面存儲一些基本信息和分配給這個新線程的任務函數
    即設計一個任務類，里面的成員變量就是任務函數，以及任務函數對應的參

• 作用：創建一個線程

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庫函數：pthread_self

• 頭文件：pthread.h

• 返回值：pthread_t
  ①成功，該線程的tid
  ②失敗，就返回-1

• 作用：獲取唯一標識一個線程的tid

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庫函數：pthread_join

• 頭文件：pthread.h

• 返回值：int
  ①成功，0
  ②失敗，就返回錯誤碼

• 參數表：

  • ①pthread_t thread：要等待的線程的tid

  • ②void**retval：因為分配給新線程的函數的返回值為void*類型的，所以以輸出型參數的方式獲取這個返回值就得是void**類型的

• 注意：
  pthread_join是阻塞等待的從線程的
  一般是主線程等待從線程

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庫函數：pthread_exit

• 頭文件：pthread.h

• 返回值：void

• 參數表：
  void*retval：線程的退出信息

• 作用：讓調用這個函數的線程退出

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庫函數：pthread_cancel[盡量少用]

• 頭文件：pthread.h

• 返回值：int
  ①成功，0
  ②失敗，就返回錯誤碼

• 參數表：
  pthread_t thread：要取消的線程的tid

• 注意：

  • ①一個線程能被取消的前提是，這個線程已經啟動了
  • ②被取消的線程也必須被回收（不然會內存泄露），而且退出碼必定是-1

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庫函數：pthread_detach

• 頭文件：pthread.h

• 參數表：
  pthread_t thread：要設置成要把被等待狀態設置成detach的線程的tid

• 作用：
  把指定線程的被等待狀態設置成detach

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為什么Linux線程相關的函數是庫函數，而不是系統調用？

因為在Linux中沒有給線程先描述再組織
Linux內核中的線程是使用LWP模擬實現的
所以
Linux內核就只給我們提供了創建LWP的系統調用接口（即系統調用clone）操作線程的各種系統調用通通沒有

用戶不愿意直接去使用創建LWP的系統調用，因為使用這個系統調用還得去了解Linux的LWP等相關知識，成本太高了
所以
Linux就讓庫封裝了LWP相關的系統調用得到了給用戶提供了包括線程的各種操作的的庫[庫的名字就叫pthread]
封裝成庫之后，用戶就只需要知道線程的相關概念就可以輕松使用庫函數了

所以
Linux中，如果使用了線程相關的函數，那么編譯時都要鏈接pthread動態庫，pthread是Linux實現的自帶的庫，是原生線程庫
所以：
其他任何語言想要在Linux平臺上支持線程，就必須封裝Linux的pthread庫

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線程的狀態和回收

Linux中的線程就是用LWP（task_struct）模擬實現的
所以一個線程對應一個PCB
而PCB里面就存儲了狀態信息
所以線程的狀態管理，完全可以復用進程的狀態管理

從線程也需要被主線程等待和回收（使用pthread_join）
為什么?

• ①因為線程的退出信息，在線程庫中它自己的TCB中維護著，而TCB關聯內核的LWP的生命周期

• ②因為主線程也要知道其他線程把任務執行地怎么樣
  所以如果不等待，即使線程退出了，操作系統也不敢釋放它的LWP，就會出現與進程類似的僵尸問題

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線程終止

會讓線程終止的方法一共3種

• ①分配給線程的函數return，該線程會退出

• ②線程調用了pthread_exit，該線程就會退出

• ③其他線程（一般是主線程）調用pthread_cancel取消線程

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線程分離

主線程也可以不等待新線程，自己干自己的事
但是線程并不提供非阻塞等待

而是通過修改新線程的被等待狀態，來做到

線程有兩種被等待的狀態

• ①joinable：線程需要被join等待和回收（新線程默認是joined狀態）

• ②detach：線程分離（這種狀態的線程執行完了就直接退出，即使主線程調用pthread_join專門去等待分離狀態的線程，也會因為檢測到它是分離狀態，主線程直接返回，不會阻塞）

此時要注意一點：
如果線程a和主線程分離了，如果線程a還在運行，主線程就退出了
這個時候可能：[不同的線程庫實現不一樣]

• ①因為主線程退出，進程就直接也退出了
• ②主線程退出，但是進程沒退出

注意：
多執行流時，盡可能保證主執行流最后退出=

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線程庫的理解

線程id

我們使用的pthread庫里面的接口的時候，使用的事線程id來操縱線程

但是線程id并不是Linux內核中的LWP，而是線程庫pthread自己維護的

線程id的本質是地址，是線程庫維護的這個線程對應的結構體（tcb）變量的起始地址

創建線程的時候，不僅Linux內核中會創建一個LWP描述線程的內核級屬性，線程庫pthread中也會創建一個TCB結構體變量來維護線程的用戶級屬性
即線程庫中，會對線程進行先描述，再組織

為什么?

• ①LWP是描述輕量級進程的，但是用戶使用的是線程，所以用戶需要的是線程的屬性，而不是輕量級進程的屬性
  即LWP并不能非常好地描述用戶所需的線程的屬性（比如：LWP中沒有維護這個線程的棧大小，而線程庫TCB中維護了）

• ②為了解藕
  因為用戶使用的是線程庫，線程庫創建出來的線程是用戶級線程
  用戶級線程不宜和內核級線程共用結構體和數據結構，這樣耦合度太高，而且還要使用系統調用陷入內核

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線程庫哪里來的空間對線程先描述再組織？
線程庫維護進程的線程使用的空間是進程自己申請的物理內存（即使用進程的共享區內存來存儲）

因為這樣描述線程屬性的結構體變量才有虛擬地址，執行流執行線程的庫函數的時候，才能找到并訪問到對應的數據

所以就可以做到：
不同的進程，使用同一個線程庫，但線程庫中維護的線程是不一樣的
但是線程庫的代碼區的代碼是一樣的

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線程TCB的存放和內容

TCB的存儲

線程庫中TCB的存儲是在共享區中開辟一塊內存，把所有TCB以及對應的連續存儲在一起的

TCB中的內容

• ①對應的輕量級進程的LWP
• ②對應進程的pid
• ③void*result：分配給自己這個線程的函數的返回值
• ④用戶分配給自己這個線程的入口函數的地址，以及它對應的參數
• ⑤自己這個線程對應的棧的起始虛擬地址，以及棧的大小
• ⑥線程對應的線程局部存儲的起始地址，及其大小
• ⑦標記線程是否分離的bool類型的變量

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線程的棧

線程的棧是獨立的，分兩種

• ①進程地址空間中所謂的棧區，其實是專門給主線程用的棧區，大小是不固定的，可以擴容（當然也受到mm_struct的區域劃分限制）

• ②新線程的棧區是在創建新線程的同時，使用mmap在共享區開辟的一塊的大小固定（一般默認是8MB，如果用滿了8MB還用就會棧溢出）的內存

所以才說線程的棧是獨立的

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線程局部存儲

一個全局變量b本來是被所有線程共享的，所有線程訪問這個的全局變量b時，訪問的虛擬地址是同一個

如果定義時，給全局變量b前面加一個__thread那么這個全局變量b就不是被所有線程共享的了，不同線程訪問這個變量b時，訪問的虛擬地址不同

這是怎么做到的？
如果一個變量a定義時加了__thread，編譯器編譯的時候，如果創建了新線程，就會在這個線程的線程局部存儲中開辟空間存儲一份這個變量a
以后這個線程訪問這個變量a的時候，就只訪問自己線程局部存儲中的變量a

注意：
__thread只能修飾內置類型的變量

線程局部存儲的作用：

• ①不同線程對應一個獨立的錯誤碼，比如C標準庫提供的errno

• ②緩存線程屬性等訪問頻繁的數據，提高訪問速度

比如：
可以加__thread定義一個全局的線程id，在對應線程里面初始化之后
這樣以后使用線程id，就不需要在調用pthread_self，直接用它，不同的線程看到的也是自己的id