当前位置：首页 > news >正文

Linux 线程（上）

news 来源：原创 2025/7/28 10:35:27

前言：大家早上中午晚上好！！今天来学习一下linux系统下所谓的线程吧！！！

一、重新理解进程，什么是进程？

1.1 图解

其中黑色虚线部分一整块就是进程，注意：一整块指的是：①：从一个程序运行起来后成为进程，OS堆这个进程进行描述PCB结构、②这个PCB中的进程地址空间所映射的物理内存资源、③页表，等等。。。总而言之：所有保证这个进程正常运行的所有资源！！

也就是说：进程是系统资源分配的基本单位，每一个进程的资源由系统分配，分配出来后的整一块资源都属于进程，进程相当于大家庭；

1.2、Linux系统下的线程

图解：

图中通过第一个创建的PCB描述出来的PCB2、PCB3、PCB4、PCB5暂时可以把它理解为线程！！（注意：只是暂时把它认为是线程）；

这些通过主线程描述出来的PCB2、3、4、5.....等他们共同瓜分进程地址空间，而这个地址空间就是资源的窗口（通过页表跟物理内存建立一一映射关系），所以相当于同一进程下所有线程在同一块资源下进行瓜分，然后这些线程就可以分别执行自己的任务！！！（所以线程相当于家庭中的每一个成员：爸爸、妈妈、爷爷、奶奶、哥哥、姐姐、等！！）

1.3线程的调度

创建并完成资源分配后，cpu就可以对一个个PCB进行调度了，让他们分别执行代码中的某一部分内容，各自完成自己的任务！！所以：线程是cpu调度的基本单位

二、pthread库

2.1、pthread库是什么先不管，先用，先写一段代码

写一段代码实现创建一个线程，并让它执行自己的任务：

写之前先介绍一个创建线程的接口：

首先第一个参数为：输出型参数，需要自己定义pthread_t 类型变量，把这个变量地址传入，创建完成后获取到pthread_t；

第二个参数：线程属性，不需要修改设置为nullptr即可；

第三个参数：线程的入口函数，这个线程一被调用就会从入口函数开始执行，这个函数自己定义，这个函数的返回值是void*类型，参数为void*类型；

第四个参数：给入口函数传送的形参，如果不许要传设置为nullptr；

创建完线程，线程跑完后要对线程进程回收；

介绍一个等待线程的接口:

第一个参数：为线程的tid，传入哪个tid就等待哪个线程；

第二个参数为：获取这个线程的退出信息，如果不需要设置为nullptr；

返回值int：如果等待成功返回0，如果失败返回错误码；

有了这两个接口我们就来写一段代码吧：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
void* print(void* args)
{int cnt=10;while(cnt--){cout<<"i am a thread !!!!"<<endl;sleep(1);}return nullptr;
}
int main()
{pthread_t tid;pthread_create(&tid,nullptr,print,nullptr);//线程创建int cnt2=10;while(cnt2--){cout<<"i am a main thread!!!!"<<endl;sleep(1);}int n=pthread_join(tid,nullptr);//线程等待if(n==0)cout<<"wait success!!!"<<endl;return 0;
}

当我们编译的时候发现报错：

原因是因为pthread.h是动态库，我们编译的时候需要加上 -lpthread 才能链接成功：

makefile：

mythread:mythread.ccg++ -o $@ $^ -std=c++11 -lpthread   //编译时加上-lpthread
.PHONY:clean
clean:rm -f mythread

编译成功并生成mythread可执行程序：

运行：

我们看到主线程和分线程分别打印了10次，并成功等待了线程；

2.2 批量创建线程

上面我们创建的是一个线程，如果我们想批量创建线程呢？

那很简单，用一个for循环创建线程同时把tid保存起来，再用一个for循环等待tid：

同时我们每个线程获取一下pid_t(进程pid)，同时每个线程获取一下pthread_t(tid)，同时用轻量级命令：ps- aL 查看所有轻量级进程：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <vector>
#define THREAD_NUM 5
void* print(void* args)
{cout<<"i am a thread !!!! tid is ："<<pthread_self()<<"  pid is:"<<getpid()<<endl;sleep(1);return nullptr;
}
int main()
{vector<pthread_t> tids;//批量创建线程并保存tidfor(int i=0;i<THREAD_NUM;i++){pthread_t tid;pthread_create(&tid,nullptr,print,nullptr);tids.push_back(tid);}for(int i=0;i<THREAD_NUM;i++){int n=pthread_join(tids[i],nullptr);//线程批量等待if(n==0)cout<<"wait success!!!  tid is : "<<tids[i]<<endl;}return 0;
}

编译后运行：

同时命令行输入ps - aL：

我们发现所有线程它的pid 都是相同的，tid是一串很长的数字且都是不相同的，用ps -aL命令查看到LWP中只一个数字15304是跟pid一样其他都不相同！！

pthread_t tid 究竟是什么？LWP是什么？他们跟PID之间的关系是什么？还有pthread库又是什么？

2.3重新理解线程

①：在linux系统下一般把线程称为轻量级进程，因为在Linux内核中没有用新的数据结构来描述线程，而是通过原有的进程PCB来描述线程的！！

②：因此linux系统是通过LWP来对这些所谓的 “线程” 进行调度的，LWP就是：light weight process （轻量级进程的意思），所以在linux下所谓的线程：就是一个个通过（第一个创建出来的进程的PCB）描述出来的轻量级进程！

③：那么linux系统不创建新的数据结构来描述线程，等于linux不想管理这些线程，那么谁来管理？pthread库！！来了！pthread库是第三方库，当我们安装linux操作系统的时候必须把pthread库安装好，这个pthread库里有别人编写好的一系列对线程操作的接口，且这个库需要管理每一个用户创建出来的线程！！！怎么管理？->先描述再组织！->pthread库必须有一个描述线程的数据结构（TCB）->pthread库通过对一个个TCB的管理从而管理一个个线程！！

④线程由pthread库管理，pthread库不属于OS内核，所以线程不属于OS内核！！在linux下所谓的线程是用户级线程！！

当pthread库调用一系列的pthread_create、pthread_join、等接口时其底层调用的其实是clone这个系统调用接口：

图解：

所以我们可以回答上面的第一个问题了：pthread_t tid 究竟是什么：

pthread_t tid 是用户级线程的tid！！所谓用户级就是管理线程的pthread库属于用户级！！每一个TCB有其对应的tid，用户通过tid便可以指定对某个线程进行操作！！

然后我们还能回答第二个问题了：LWP是什么：

图解：

我们知道每个PCB都有它的PID,linux下的“线程”是通过进程的PCB描述出来的；

当它被描述出来之后就是一个所谓的“线程”了，也就是称为了cup调度的基本单位！

而PID代表的是进程，所谓进程代表的是被分配到的整块资源，所有“线程”共享的这一个块资源；

因此所有的“线程”的PID只有一个！！这些新创建出来的“线程”所以用LWP来标志！！

如果LWP跟PID一样说明这是第一个被创建出来的“线程”，即主线程！！！

最后cup就能通过LWP调度到每个它想调度的“线程”！！

同时我们可以回答第三个问题：pthread库是什么：

因为linux内核不管理线程，所以linux中把线程称之为：轻量级进程（它管理的是进程）；

因为线程需要被管理，所以linux必须安装有pthread库；

pthread库就是用来管理用户创建除了的一切线程；

既然要管理所以pthread库必须对线程进行描述，必须要有TCB结构，通过一个个TCB结构的管理实现对所有线程的管理；

因此Linux下的所谓线程其实是用户级线程，那么我们可以这么认为：Linux下的线程=LWP(linux内核中的PCB轻量级进程标志)+pthread_t TID（用户中的TCB线程的标志）；

三、线程的控制

3.1 线程的分离

如果主线程不想等待分支线程，我们可以让线程自己分离，分离后由OS进行；

线程分离接口：

#include<pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);
//1. 这是用来分离线程的pthread库接口
//2. thread：你想分离的线程的tid
//3. 返回值int，如果分离成功返回0，如果分离错误返回错误码

获取当前线程tid接口：

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);
//1. pthread_t 返回值如果获取成功返回当前线程的tid

代码：

我们分离的同时等待一下线程看看能否等待成功：

线程分离的两种方法：线程自己分离：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <vector>
#include <cstring>
#define THREAD_NUM 5
void* print(void*args)
{pthread_detach(pthread_self());cout<<"i am a thread!!"<<endl;return nullptr;
}
int main()
{pthread_t tid;pthread_create(&tid,nullptr,print,nullptr);sleep(1);//等待1s让线程分离完成int code=pthread_join(tid,nullptr);if(code==0){cout<<"wait success !!"<<endl;}elsecout<<"wait false!! error num is:" <<code<<"error message :"<<strerror(code)<<endl;return 0;
}

编译运行：

线程分离成功，主线程等待失败，返回22错误码，意思是无效的参数，也就是没有等待到对应的tid;

线程分离方法二：主线程让他分离：

编译运行：

结果一样，说明成功分离分支线程；

3.2 线程的退出

线程退出的几种方式：

①线程运行完走到return 正常退出；

②终止线程的接口：

#include<pthread.h>
void pthread_exit(void* retval);
//1. retval 可以传入退出信息，由外部线程等待函数获取

我们退出的同时可以传入参数retval让主线程获取退出信息：

主线程等待获取线程退出信息需要传入一一个二级参数，因为join的第二个参数是一个输出型参数：

void* print(void*args)
{cout<<"i am a thread!!"<<endl;pthread_exit((void*)100);return nullptr;
}
int main()
{pthread_t tid;pthread_create(&tid,nullptr,print,nullptr);sleep(1);void*retval;pthread_join(tid,&retval);(long long int)retval;printf("%d\n",retval);return 0;
}

编译运行：

100退出码被带了出来；

③还有一个线程会终止的场景：当同一线程组内的任一线程出现异常，接收到终止信号，那么整个进程会崩溃，所有线程都会退出；

3.3 线程的取消

主线程可以取消一个线程，前提是这个线程已经被启动：

取消线程的接口：

#include<pthread.h>
int pthread_cancel( pthread_t thread);
//1. 取消一个线程，前提这个线程被启动
//2. thread ： 需要取消的线程的tid
//3. 如果成功返回0，失败返回一个错误码

void* print(void*args)
{while(true){cout<<"i am a thread!!"<<endl;sleep(1);}return nullptr;
}
int main()
{pthread_t tid;pthread_create(&tid,nullptr,print,nullptr);int code= pthread_cancel(tid);if(code==0){cout<<"取消成功"<<endl;}elsecout<<"取消失败"<<endl;//sleep(1);//线程已被启动pthread_join(tid,nullptr);return 0;
}

运行：

四、总结线程的特点

4.1 、线程是系统调度的基本单位，进程是资源分配的基本单位；

4.2、线程的粒度小于进程，占用资源更少，因此通常多线程比多进程更高效；

4.3、线程没有独立的地址空间，线程是划分进程的地址空间，本质上使用的是同一地址空间！线程不拥有系统资源，线程共享进程的资源！

4.4、大量的计算使用多线程和多进程都可以实现并行/并发处理，区别在于线程的资源消耗小于进程，线程的稳定性不如进程，因此需要具体更细致的需求场景；

4.5、线程除了独立的栈空间和一组寄存器（保存线程的上下文）其他线程看不到之外其他所有资源都是所有线程共享的；

4.6、线程的通信速度更快，切换更快，因为他们在同地址空间内，且还共享了很多其他进程资源，比如页表指针，这些是不需要切换的！

今天的分享就到这里！如果对你有所帮助记得点赞收藏+关注哦！！谢谢！！！

咱下期见！！！

一、重新理解进程，什么是进程？

1.1 图解

1.2、Linux系统下的线程

1.3线程的调度

二、pthread库

2.1、pthread库是什么先不管，先用，先写一段代码

2.2 批量创建线程

2.3重新理解线程

三、线程的控制

3.1 线程的分离

3.2 线程的退出

3.3 线程的取消

四、总结线程的特点

4.1 、线程是系统调度的基本单位，进程是资源分配的基本单位；

4.2、线程的粒度小于进程，占用资源更少，因此通常多线程比多进程更高效；

4.3、线程没有独立的地址空间，线程是划分进程的地址空间，本质上使用的是同一地址空间！线程不拥有系统资源，线程共享进程的资源！

4.4、大量的计算使用多线程和多进程都可以实现并行/并发处理，区别在于线程的资源消耗小于进程，线程的稳定性不如进程，因此需要具体更细致的需求场景；

4.5、线程除了独立的栈空间和一组寄存器（保存线程的上下文）其他线程看不到之外其他所有资源都是所有线程共享的；

4.6、线程的通信速度更快，切换更快，因为他们在同地址空间内，且还共享了很多其他进程资源，比如页表指针，这些是不需要切换的！

相关文章：