《Linux C》第35章：线程：概念和控制

[manxisuo]

1. 线程的概念

我们知道，进程在各自独立的地址空间中运行，进程之间共享数据需要通过进程间通信（IPC）机制。有些情况下，需要在一个进程中同时执行多个控制流程，此时线程就派上用场了。

main函数和信号处理函数是在同一个进程的地址空间中的多个控制流程，多线程也是如此。但是线程比信号处理函数更灵活，信号处理函数的控制流程只是在信号抵达时产生，在处理完信号之后就结束了。而多线程的控制流程是可以长期并存的，操作系统在各线程之间调度和切换，就像在多个进程之间调度和切换一样。

由于同一进程的多个线程共享一个地址空间，因此Text段、Data段都是共享的。如果定义一个函数，在各线程中都可以调用；如果定义一个全局变量，在各线程中都可以访问。除此之外，各线程还共享以下进程资源和环境：

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

但是有些资源却是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

2. 线程控制

2.1. 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。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void *thr_fn(void *arg)
{
  fprintf(stdout, "Child thread\n");
  return NULL;
}

int main(void)
{
  pthread_t tid;
  int err = pthread_create(&tid, NULL, thr_fn, NULL);
  if (err != 0) {
    fprintf(stderr, "can't create thread: %s\n", strerror(err));
    exit(1);
  }
  fprintf(stdout, "Parent thread\n");
  sleep(1);
  return 0;
}

结果：

Parent thread
Child thread

2.2. 终止线程

如果需要只终止某个线程而不终止整个进程，可以有三种方法：

• 从线程函数return。这种方法对主线程不适用，从main函数return相当于调用exit。
• 线程可以调用pthread_cancel终止同一进程中的另一个线程。
• 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，暂不讨论。下面看一下pthread_exit和pthread_join的用法。

#include <pthread.h>

void pthread_exit(void *value_ptr);

value_ptr和线程的返回值的用法一样，其他线程可以调用pthread_join获得这个指针。

需要注意，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线程以不同的方法终止，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。

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，线程终止后，其终止状态一直保留到其他线程调用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了pthread_detach就不能再调用pthread_join了。