深入瞭解Linux系統程式設計-(pthread)執行緒建立與使用

本篇文章給大家帶來了關於linux中執行緒的建立與使用相關知識，希望對大家有幫助。

1.前言

執行緒與程序的區別（1）程序: 是作業系統排程最小單位。 Linux下可以通過ps、top等命令檢視程序的詳細資訊。（2）執行緒: 是程序排程的最小單位，每個程序都有一個主執行緒。在程序裡主要做事情就是執行緒。

（3）在全系統中，程序ID是唯一標識，對於程序的管理都是通過PID來實現的。每建立一個程序，核心去中就會建立一個結構體來儲存該程序的全部資訊，每一個儲存程序資訊的節點也都儲存著自己的PID。需要管理該程序時就通過這個ID來實現(比如傳送訊號)。當子程序結束要回收時(子程序呼叫exit()退出或程式碼執行完)，需要通過wait()系統呼叫來進行，未回收的消亡程序會成為殭屍程序，其程序實體已經不復存在，但會虛佔PID資源，因此回收是有必要的。

對於執行緒而言，若要主動終止需要呼叫pthread_exit() ，主執行緒需要呼叫pthread_join()來回收(前提是該執行緒沒有設定「分離屬性」)。像線傳送執行緒訊號也是通過執行緒ID實現

程序間的通訊方式： A.共用記憶體 B.訊息佇列 C.號誌 D.有名管道 E.無名管道 F.訊號 G.檔案 H.socket 執行緒間的通訊方式: A.互斥量 B.自旋鎖 C.條件變數 D.讀寫鎖 E.執行緒訊號 F.全域性變數

程序間採用的通訊方式要麼需要切換核心上下文，要麼要與外設存取(有名管道，檔案)。所以速度會比較慢。而執行緒採用自己特有的通訊方式的話，基本都在自己的程序空間內完成，不存在切換，所以通訊速度會較快。也就是說，程序間與執行緒間分別採用的通訊方式，除了種類的區別外，還有速度上的區別。

說明: 當執行多執行緒的程序捕獲到訊號時，只會阻塞主執行緒，其他子執行緒不會影響會繼續執行。

2. 執行緒相關函數介紹

2.1 建立執行緒

pthread_create是Unix作業系統（Unix、Linux等）的建立執行緒的函數。編譯時需要指定連結庫： -lpthread 函數原型

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

引數介紹

第一個引數為指向執行緒識別符號的指標。第二個引數用來設定執行緒屬性。預設可填NULL。第三個引數是執行緒執行函數的起始地址。最後一個引數是執行函數的引數。不需要引數可填NULL。 Linux下檢視函數幫助：# man pthread_create

返回值：若執行緒建立成功，則返回0。若執行緒建立失敗，則返回出錯編號。執行緒建立成功後， attr引數用於指定各種不同的執行緒屬性。新建立的執行緒從start_rtn函數的地址開始執行，該函數只有一個萬能指標引數arg，如果需要向執行緒工作函數傳遞的引數不止一個，那麼需要把這些引數放到一個結構中，然後把這個結構的地址作為arg的引數傳入。

範例:

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
//執行緒函數1
void *pthread_func1(void *arg)
{
    while(1)
    {
        printf("執行緒函數1正在執行.....\n");
        sleep(2);
    }
}
//執行緒函數2
void *pthread_func2(void *arg)
{
    while(1)
    {
        printf("執行緒函數2正在執行.....\n");
        sleep(2);
    }
}
int main(int argc,char **argv)
{
    
    pthread_t thread_id1;
    pthread_t thread_id2;
   /*1. 建立執行緒1*/
    if(pthread_create(&thread_id1,NULL,pthread_func1,NULL))
    {
        printf("執行緒1建立失敗!\n");
        return -1;
    }
    /*2. 建立執行緒2*/
    if(pthread_create(&thread_id2,NULL,pthread_func2,NULL))
    {
        printf("執行緒2建立失敗!\n");
        return -1;
    }
    
    /*3. 等待執行緒結束,釋放執行緒的資源*/
    pthread_join(thread_id1,NULL);
    pthread_join(thread_id2,NULL);
    return 0;
}
//gcc pthread_demo_code.c -lpthread

2.2 退出執行緒

執行緒通過呼叫pthread_exit函數終止執行，就如同程序在結束時呼叫exit函數一樣。這個函數的作用是，終止呼叫它的執行緒並返回一個指向某個物件的指標。

這個函數的作用是，終止呼叫它的執行緒並返回一個指向某個物件的指標，該返回值可以通過pthread_join函數的第二個引數得到。

函數原型

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

引數解析執行緒的需要返回的地址。注意: 執行緒結束必須釋放執行緒堆疊，就是說執行緒函數必須呼叫pthread_exit()結束，否則直到主程序函數退出才釋放

2.3 等待執行緒結束

pthread_join()函數，以阻塞的方式等待thread指定的執行緒結束。當函數返回時，被等待執行緒的資源被收回。如果執行緒已經結束，那麼該函數會立即返回。並且thread指定的執行緒必須是joinable（結合屬性）屬性。函數原型

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

引數第一個引數: 執行緒識別符號，即執行緒ID，標識唯一執行緒。最後一個引數: 使用者定義的指標，用來儲存被等待執行緒返回的地址。返回值 0代表成功。失敗，返回的則是錯誤號。接收執行緒返回值範例：

//退出執行緒
pthread_exit ("執行緒已正常退出");
//接收執行緒的返回值
void *pth_join_ret1;
pthread_join( thread1, &pth_join_ret1);

2.4 執行緒分離屬性

建立一個執行緒預設的狀態是joinable（結合屬性），如果一個執行緒結束執行但沒有呼叫pthread_join，則它的狀態類似於程序中的Zombie Process（僵死程序），即還有一部分資源沒有被回收（退出狀態碼），所以建立執行緒者應該pthread_join來等待執行緒執行結束，並可得到執行緒的退出程式碼，回收其資源（類似於程序的wait,waitpid)。但是呼叫pthread_join(pthread_id)函數後，如果該執行緒沒有執行結束，呼叫者會被阻塞，在有些情況下我們並不希望如此。

pthread_detach函數可以將該執行緒的狀態設定為detached(分離狀態)，則該執行緒執行結束後會自動釋放所有資源。函數原型

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

引數執行緒識別符號返回值 0表示成功。錯誤返回錯誤碼。 EINVAL執行緒並不是一個可接合執行緒。 ESRCH沒有執行緒ID可以被發現。

2.5 獲取當前執行緒的識別符號

pthread_self函數功能是獲得執行緒自身的ID。函數原型

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);

返回值當前執行緒的識別符號。 pthread_t的型別為unsigned long int，所以在列印的時候要使用%lu方式，否則顯示結果出問題。

2.6 自動清理執行緒資源

執行緒可以安排它退出時需要呼叫的函數，這樣的函數稱為執行緒清理處理程式。用於程式異常退出的時候做一些善後的資源清理。在POSIX執行緒API中提供了一個pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()函數用於自動釋放資源。從pthread_cleanup_push()的呼叫點到pthread_cleanup_pop()之間的程式段中的終止動作（包括呼叫 pthread_exit()和異常終止）都將執行pthread_cleanup_push()所指定的清理函數。

注意：pthread_cleanup_push函數與pthread_cleanup_pop函數需要成對呼叫。函數原型

void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *),void *arg); //註冊清理函數
void pthread_cleanup_pop(int execute); //釋放清理函數

引數 void (*routine)(void *) ：處理程式的函數入口。 void *arg ：傳遞給處理常式的形參。 int execute：執行的狀態值。 0表示不呼叫清理函數。1表示呼叫清理函數。

導致清理函數呼叫的條件：

呼叫pthread_exit()函數

pthread_cleanup_pop的形參為1。注意：return不會導致清理函數呼叫。

2.7 自動清理執行緒範例程式碼

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
//執行緒清理函數
void routine_func(void *arg)
{
   printf("執行緒資源清理成功\n");
}
//執行緒工作函數
void *start_routine(void *dev)
{
   pthread_cleanup_push(routine_func,NULL);
   //終止執行緒
   // pthread_exit(NULL);
    
   pthread_cleanup_pop(1); //1會導致清理函數被呼叫。0不會呼叫。
}
int main(int argc,char *argv[])
{
   pthread_t thread_id;  //存放執行緒的識別符號
   /*1. 建立執行緒*/
   if(pthread_create(&thread_id,NULL,start_routine,NULL)!=0)
   {
      printf("執行緒建立失敗!\n");
   } 
  /*2.設定執行緒的分離屬性*/
   if(pthread_detach(thread_id)!=0)
   {
   printf("分離屬性設定失敗!\n");
   }
   while(1){}
   return 0;
}

2.8 執行緒取消函數

pthread_cancel函數為執行緒取消函數，用來取消同一程序中的其他執行緒。

標頭檔案: #include <pthread.h>
函數原型：pthread_cancel(pthread_t tid);