linux－執行緒

- 執行緒的概念

１＞linux的執行緒與windos的執行緒區別很大（win的執行緒比較完善，程式不行，linux的程式發展的更早）

２＞每一個程式都會分配0-4G的虛擬空間地址，而執行緒共享0-4G的虛擬地址空間，但每一個執行緒有自己不同的pcb．但pcb中指向記憶體資源的三級頁表是相同的
三級頁表（mmu對映虛擬地址到實體記憶體的過程）

３＞執行緒是最小的執行單位（搶佔cpu的最小單位（根據執行緒的LWP號（使用ps -Lf pid//檢視指定的執行緒LWP號））），程式是最小的資源分配單位（0-4G資源分配）．
４＞程式可以蛻變成執行緒
５＞執行緒可看做是暫存器和棧的集合

- 執行緒之間共享的資源和非共享的資源

１＞執行緒共享的資源
a:檔案描述符表
b：每種訊號的處理方式（所以執行緒不建議使用訊號，共享處理，互相干擾）
c:當前工作目錄（因為建立執行緒需要程式，程式不變，多個執行緒自然共享工作目錄）
d：使用者ID和使用者組ID
e:記憶體地址空間（.text/.data/.bss/heap/共享庫）（除開了棧空間：因為棧空間儲存的每個執行緒的函式h和變數）
２＞執行緒獨享的資源
a:執行緒ID
b:處理器現場和棧指標（核心棧）
c:獨立的棧空間（使用者空間棧）
d:errno變數
e:訊號遮蔽字（系統阻塞訊號集）
f:排程優先順序

- 執行緒與程式的對比

優點：１＞程式的併發性更高（搶佔cpu的執行時間更強）；２＞開銷小（與程式相差不是特別大）；３＞資料通訊，共享資料方便；（因為工共享使用者區（出去棧空間））
缺點（都不是很突出的問題）：１＞執行緒多使用庫函式，相比系統函式不穩定；２＞不支援gdb除錯；３＞對訊號支援不友好；

- 執行緒控制函式

１＞pthread_self()函式：相當於getpid();獲取當前執行緒的ID號（用於程式間識別不同的執行緒）．（注意：不應使用pthread_create()函式的傳出引數獲取執行緒的ID號，而應使用該函式）
２＞pthread_create()函式（相當於fork()函式）
注意：linux環境下，所有執行緒特點，失敗若有返回值，直接返回的是編號；（區別程式）
３＞pthread_exit()函式(注意：exit();pthread_exit();return ;三者線上程程式設計中的使用)
a:pthread_exit：結束呼叫該函式的執行緒；
b:return：返回到呼叫函式的地方（上一級）
c:exit:結束程式，所有的執行緒也會結束（執行緒程式設計慎重使用）
4＞pthread_join()函式(相當於wait()函式（阻塞等待回收）)
注意：程式是父程式給子程式回收，但是執行緒可以不，子執行緒也可以呼叫該函式進行回收指定的執行緒．
５＞pthread_detach()函式（執行緒獨有的）
將執行緒分離，分離後的執行緒結束後自動清理pcb控制部分的資源回收；常用於伺服器裡．分離後的執行緒就不需要pthread_join()函式回收(回收分離執行緒會報錯);
６＞pthread_cancel()函式
注意：殺死（取消）執行緒，相當於程式的kill()函式，但是pthread_cancel()函式不是實時的，必須到達取消點（比如系統呼叫：pause,wait,等函式，man 7 pthreads檢視取消點）才會取消．

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

	/*******************************************************
	*函式：pthread_self()　
	*標頭檔案： #include <pthread.h>
	*格式： pthread_t pthread_self(void); //pthread_t:typedef unsigned long int型別
    *注意： Compile and link with -pthread（編譯和連結時加上-pthread引數）
    *作用：獲取當前程式的ID號
	*返回值：returning the calling thread's ID.
	********************************************************/
	
	/*******************************************************
	*函式：pthread_create()　
	*標頭檔案： #include <pthread.h>
	*格式：int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
	*引數：pthread_t *thread：傳出引數；儲存系統分配的執行緒號；
	*const pthread_attr_t *attr：通常傳入NULL，表示使用執行緒的預設屬性．（可以通過此引數將建立的執行緒設定為遊離狀態（分離），執行緒棧空間大小的修改（容納更多的執行緒））
	*void *(*start_routine) (void *)：函式指標(函式返回值為 void *，引數為 void *型別的)，指向表示執行緒體的函式，該函式執行完，
	*新建立的執行緒就結束．void *arg：執行緒主體函式的引數；
    	*注意： Compile and link with -pthread（編譯和連結時加上-pthread引數）
   	 *作用：建立一個新的執行緒，主執行緒繼續向下執行，而子執行緒去執行start_routine函式的動作
	*返回值：On  success,  pthread_create() returns 0; on error, it returns an error number, and the contents of *thread are undefined.
	********************************************************/
		/*******************************************************
	*函式：pthread_detach()　
	*標頭檔案： #include <pthread.h>
	*格式：int pthread_detach(pthread_t thread);//pthread_t thread: pthread_create()第一個引數返回的執行緒號
    *注意： Compile and link with -pthread（編譯和連結時加上-pthread引數）
   	*作用：分離執行緒，執行緒結束後自動回收核心資源，不需要再次呼叫pthread_join()進行回收．
	*返回值：On  success,  pthread_detach() returns 0; on error, it returns an error　number.
	********************************************************/
	/*******************************************************
	*函式：pthread_join()　
	*標頭檔案： #include <pthread.h>
	*格式：int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);//pthread_t thread:pthread_create()函式建立執行緒時第一個引數傳出的ID值；
	*void **retval：接受執行緒的返回值．(注意型別轉換)
    *注意： Compile and link with -pthread（編譯和連結時加上-pthread引數）
   	*作用：阻塞回收指定子執行緒（相當於程式中的wait()函式）(在回收的時候可以傳遞引數出來)
	*返回值：On  success,  pthread_join()  returns  0; on error, it returns an error number.
	********************************************************/
	/*******************************************************
	*函式：pthread_exit()　
	*標頭檔案： #include <pthread.h>
	*格式：  void pthread_exit(void *retval);//void *retval:範型引數，無返回值
    *注意： Compile and link with -pthread（編譯和連結時加上-pthread引數）
    *作用：terminate calling thread（將呼叫該函式的執行緒結束）
	*返回值：無
	*區別：　return:返回到呼叫函式的地方
	*		pthread_exit():將呼叫該函式的執行緒結束
	*		exit():結束程式,所有的執行緒也會結束（執行緒程式設計慎用）
	********************************************************/
	/*******************************************************
	*函式：pthread_cancel()　
	*標頭檔案： #include <pthread.h>
	*格式：int pthread_cancel(pthread_t thread);//pthread_t thread:pthread_create()函式建立執行緒時第一個引數傳出的ID值；
    *注意： Compile and link with -pthread（編譯和連結時加上-pthread引數）
   	*作用：殺死執行緒（相當於程式中的kill()函式）
	*返回值：On  success, pthread_cancel() returns 0; on error, it returns a nonzero error number.
	********************************************************/

int var=100;//區分執行緒,子執行緒進行更改，全域性也會更改，證明執行緒的全域性變數是共享的（程式是：讀時共享，寫時複製）
int i=1;
int k=1;
//用於pthread_join()函式回收使用
typedef struct exit_c{
	int sta;
	char c;
	int num;
}exit_t;
//子線主體函式
void * pthread_func( void *arg)
{	
	exit_t *retval=(exit_t*)arg;//再一次格式轉換	
	sleep(retval->num);
	var=1000;
	retval->c='M';
	retval->sta=retval->num+1;
	printf("%dth thread ID is:%lu，process ID id %d,var=%d\n",retval->num+1,pthread_self(),getpid(),var);
	pthread_exit((void *)retval);//這裡等同return 0;但是使用exit(0)會導致程式退出，所有執行緒也會退出．//注意(void *)retval型別轉換；
}

/*******************************************************
*驗證執行緒控制原語
*******************************************************/
int main()
{
	

	pthread_t tid[5]; //存放五個執行緒的tid
	int ret,ret1;
	exit_t *retval[5];
	//迴圈建立5個執行緒，區別程式（執行緒不用考慮子執行緒建立子執行緒的問題，如果要子執行緒建立子執行緒，需要在pthread_func()函式再次呼叫pthread_create()函式．）
	for(int i=0;i<5;i++)
	{	
		retval[i]=(exit_t*)malloc(sizeof(exit_t));
		retval[i]->num=i;
		ret=pthread_create(&tid[i],NULL,pthread_func,(void *)retval[i]);//注意：(void *)retval：retval是需要轉換型別的，進行的是傳值操作；如果這裡傳入retval，進行傳地址操作；
        //會導致錯誤（5個執行緒的產生很快完成，但是執行緒的主體函式不一定執行完，所以就會導致上一個執行緒與下一個執行緒的值相等，所以在傳地址的時候保證地址的唯一性；（建立一個執行緒就均可傳值\傳地址）
        //ret1=pthread_detach(tid[i]);//如果此處設定執行緒分離，後面就不用呼叫pthread_join()函式進行執行緒回收                                      	             	 	
		                                                   		 	 
		if(ret!=0)
		{
			 fprintf(stderr,"pthread_create error:%s\n",strerror(ret));  //char *strerror(int errnum);//該函式只需傳入錯誤號，然後就會輸出對應的錯誤描述（程式程式設計就會直接返回錯誤描述）;int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)；
			 exit(1);
		}
	}
	sleep(i);//保證每個執行緒都去執行執行緒主體函式

	//回收5個執行緒
	
	sleep(6);//保證子執行緒建立完畢
	for(int i=0;i<5;i++)
	{	
		
		pthread_join(tid[i],(void **)&retval[i]);//阻塞等待回收子執行緒；//(void **)&retval[i]一級指標轉為二級指標：先取地址，再轉為二級指標
		printf("**************************************************\n");
		printf("%dth thread was Recycled: sta:%d; c:%c; \n", retval[i]->num+1 ,retval[i]->sta,retval[i]->c);
		free(retval[i]);
	}
	printf("*******in mian thread ID is:%lu，process ID id %d,var=%d*********\n",pthread_self(),getpid(),var);
	
	pthread_exit(NULL);//主控執行緒結束，並不會導致程式ID號的改變//　這裡如果不加slepp(); return 0；和exit(0);都會是程式退出；
}

執行結果：

- 執行緒\程式控制函式對比

注意：分離執行緒回收會報錯22(所以分離的執行緒不用回收)，殺死的執行緒回收值為-1;(pthread_testcancel()函式是加入取消點的作用)

- 執行緒使用的注意事項

１＞注意NPTL庫版本一致（使用命令檢視：getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION）(GNU提供執行緒庫，程式設計平臺不一樣時需要保證該庫的版本一致)
２＞編譯的時候加上　-pthread （引入執行緒庫）
３＞主執行緒退出，其他執行緒不退出時應該呼叫pthread_exit(),如果用其他的（return exit）導致程式退出，全部執行緒也會退出
４＞避免殭屍執行緒：１：pthread_join()回收執行緒；２：pthread_detach()函式分離執行緒；３：pthread_creat()函式第二個引數指定建立的執行緒為遊離態；
５＞各個執行緒共享堆區，所以malloc()和mmap分配的空間可以區其他執行緒釋放；
６＞避免線上程裡使用fork()函式
７＞避免線上程裡引入訊號機制；