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一.线程和进程的关系

为什么要引入线程?

CPU的执行速度过快，只有寄存器仅仅可以追上，RAM和别的设备更是难以追上,而进程和线程只不过是对应的CPU时间段的描述.
进程是cpu资源分配的最小单位，线程是cpu调度的最小单位

线程和进程的联系有

(1)进程是资源的分配和调度的一个独立单元，线程是CPU调度的基本单元
(2)同一个进程中包括多个线程,所有的线程共享进程的地址空间，可以在执行过程中节省时间
(3)系统调度时，切换的速度十分快，主要是因为进程地址空间独立而进程的线程独享地址空间
(5)线程不能独立存在，必须依附于进程
(6)进程所使用的内存地址可以限定使用通过信号来控制

线程的优点:

(1)可以提高应用程序的响应速度
(2)可以提高多处理器的效率
(3)可以改善程序的结构

线程可以独立有自己的数据信息

(1)通过使用互斥锁来保存
(2)线程号
(3)堆栈
(4)信号掩码
(5)优先级
(6)线程私有的存储空间

二.创建线程

1.pthread_create - 线程创建
头文件：

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

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

pthread_create（）函数用于在进程内创建具有由attr指定的属性的新线程。如果attr为NULL，则使用默认属性。如果稍后修改attr指定的属性，则不会影响线程的属性。成功完成后， pthread_create（）将创建的线程的ID存储在线程引用的位置。

创建线程执行start_routine ， arg作为其唯一参数。如果start_routine返回，则效果就像是使用start_routine的返回值作为退出状态对pthread_exit（）进行隐式调用。请注意，最初调用main（）的线程与此不同。当它从main（）返回时，效果就好像使用main（）的返回值作为退出状态对exit（）进行了隐式调用。

新线程的信号状态初始化如下：

信号掩码继承自创建线程。
待处理新线程的信号集为空。
如果pthread_create（）失败，则不会创建新线程，并且未定义线程引用的位置的内容。

返回值
如果成功，则pthread_create（）函数返回零。否则，返回错误号以指示错误。
错误
如果出现以下情况， pthread_create（）函数将失败：
[EAGAIN]
系统缺少创建另一个线程所需的资源，或者会超出系统对进程PTHREAD_THREADS_MAX中线程总数的限制。
[EINVAL]
attr指定的值无效。
[EPERM]
调用者没有适当的权限来设置所需的调度参数或调度策略。
pthread_create（）函数不会返回[EINTR]的错误代码。

创建线程的其他系统的函数

函数说明

pthread_t pthreadself(void) 获取本线程的线程ID

int pthread_equal(pthread_t thread1,pthread_t thread2) 判断两个进程ID是不是指向同一进程

int pthread_once(pthread_once_t * once_control,void(*init_routine)(void) 用来保证线程函数在进程中只执行一次

函数	说明
pthread_t pthreadself(void)	获取本线程的线程ID
int pthread_equal(pthread_t thread1,pthread_t thread2)	判断两个进程ID是不是指向同一进程
int pthread_once(pthread_once_t * once_control,void(*init_routine)(void)	用来保证线程函数在进程中只执行一次

如何正确的创建线程?

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>//创建线程所需的头文件

int * thread(void * arg)//线程所调用的函数
{
     pthread_t newthid;

     newthid = pthread_self();
     printf("this is a new thread , thread  ID = %u \n",newthid);
     return NULL;
}

int main(void)
{
    pthread_t thid;
    printf("main thread , ID is %u \n",pthread_self());///打印主线程的ID
    if(pthread_create(&thid,NULL,(void *)thread,NULL)!=0)
    {
        exit(1);
    }
    sleep(1);//让主线程等待子线程结束，不然无法打印相应的值
    return 0;
}

注：在这里sleep是必要的，如果不是用sleep的话，主线程也就是main函数会直接退出，主线程的退出引起了进程的结束，从而导致了子线程的结束，看不到第二次的printf的值

三.线程属性

1.pthread_attr_t详解

typedef struct
{
   int detachstatte;
   int schedpolicy;
   struct sched_param schedparam;
   int inheritsched;
   int scope;
   size_t guardsize;
   int stackaddr_set;
   void * stackaddr;
   size_t stacksize;
}pthread_attr_t;

detachstata 表示新创建的线程是不是与进程中的其他的线程脱离同步，它的缺省属性是PTHREAD_CREATE_JOINABLE
可以使用pthread_detach()来设置,设置pthread_detach()之后线程运行结束后会自动释放系统状态
schedpolicy表示新线程的调度策略,主要有SCHED_other(正常，非实时),(SCHED_RR)表示轮转法,SCHED_FIFO(实时，先入先出)
schedparam，一个struct sched_param结构，目前仅有一个sched_priority整型变量表示线程的运行优先级。这个参数仅当调度策略为实时（即SCHED_RR或SCHED_FIFO）时才有效，并可以在运行时通过pthread_setschedparam()函数来改变，缺省为0。
inheritsched，有两种值可供选择：PTHREAD_EXPLICIT_SCHED和PTHREAD_INHERIT_SCHED，前者表示新线程使用显式指定调度策略和调度参数（即attr中的值），而后者表示继承调用者线程的值。缺省为PTHREAD_EXPLICIT_SCHED。
scope，表示线程间竞争CPU的范围，也就是说线程优先级的有效范围。POSIX的标准中定义了两个值：PTHREAD_SCOPE_SYSTEM和PTHREAD_SCOPE_PROCESS，前者表示与系统中所有线程一起竞争CPU时间，后者表示仅与同进程中的线程竞争CPU。目前LinuxThreads仅实现了PTHREAD_SCOPE_SYSTEM一值。
guardsize: 警戒堆栈的大小
stackaddr_set: 堆栈地址集
stackaddr : 堆栈的地址
stacksize :堆栈大小

线程终止:
Linux下有三种线程终止的方式:
(1)通过return 从线程函数返回
(2) 通过调用函数pthread_exit()让线程退出
(3)甲线程可以让乙线程使用pthread_cancel()函数从而让它退出
pthread_exit在pthread.h中声明

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

在主线程中,如果从main函数返回或者是调用了exit函数退出主线程,整个进程将终止,另外一种情况是如果主线程调用了pthread_t函数，仅仅是主函数消亡，进程并不会结束，直到所有的线程结束，进程才会结束

那么线程终止之后的资源释放的问题该如何处理?

系统为我们提供了一对函数,pthread_cleanup_push(),pthread_cleanup_pop()用于自动释放资源
他们是以宏的方式进行提供的，也就是说明了
在push和pop之间不能使用return 函数,不然将不会清理完毕
cleanup_push ()把东西压入栈中，pop把栈中的东西弹出

#  define pthread_cleanup_push(routine, arg) \
  do {                                        \
    __pthread_cleanup_class __clframe (routine, arg)

/* Remove a cleanup handler installed by the matching pthread_cleanup_push.
   If EXECUTE is non-zero, the handler function is called. */
#  define pthread_cleanup_pop(execute) \
    __clframe.__setdoit (execute);                        \
  } while (0)

线程的同步问题:
一般来说，进程中的各个线程的运行是相互独立的，线程的终结并不会相互通知，也不会影响其他线程，终结的线程所占用的资源不会随着线程的结束而归还系统，有些资源得不到释放
和进程中类似的是进程中有wait函数,线程中有pthread_join函数

int pthread_join (pthread_t __th, void **__thread_return)

需要注意的是一个线程只允许一个线程使用pthread_join()等待它的终止，而且被等待的线程应该处于可join状态，即非DETACHED状态，DETACHED状态是指堆某个线程执行了pthread_deatch()函数所处的状态，处于DETACHED状态的线程无法由pthread_join（）同步
一个可”join”的线程所占用的内存仅仅当由线程执行了pthread_join之后

四.私有数据及线程同步

线程的私有数据是通过一键多值来实行的，一个键对应多个值

#include<pthread.h>
 int pthread_key_create (pthread_key_t *__key,
                   void (*__destr_function) (void *))
     __THROW __nonnull ((1));

/* Destroy KEY.  */
 int pthread_key_delete (pthread_key_t __key) __THROW;

/* Return current value of the thread-specific data slot identified by KEY.  */
 void *pthread_getspecific (pthread_key_t __key) __THROW;

/* Store POINTER in the thread-specific data slot identified by KEY. */
 int pthread_setspecific (pthread_key_t __key,
                const void *__pointer) __THROW ;

pthread_key_create: 从LInux中的TSD中分配一项，将值给予key供以后使用,key表示的是指向键值的指针，第二个参数为一个函数指针,如果指针不为空，在线程退出之后将以key所关联的数据为参数调用destr_function(),释放缓存区
pthread_setspecific:通过将pointer于key相关联,指定一个新数据，会同时释放旧数据
pthread_getspecific: 通过函数的得到于key相关联的数据
pthread_key_delete :函数用来删除一个键，删除后，键所占用的内存会被释放，但是线程数据的释放必须在释放键之前完成

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

pthread_key_t key;

void * thread2(void * arg)
{
    int tsd=5;
    printf("thread %d is running\n",pthread_self());//获取pid
    pthread_setspecific(key,(int *)tsd);//给予了一个特殊的建位
    printf("thread %d returns %d\n",pthread_self(),pthread_getspecific(key));//getspecific函数获取私有数据的键值
}
void * thread1(void * arg)
{
    int tsd=0;
    pthread_t thid2;

    printf("thread %d is running\n",pthread_self());//获取pid
    pthread_setspecific(key,(int *)tsd);//给予特殊的建位这个建位为0
    pthread_create (&thid2,NULL,thread2,NULL);
    sleep(1);
    printf("thread %d returns %d\n",pthread_self(),pthread_getspecific(key));
}

int main(void)
{
   pthread_t thid1;
   printf("main thread begins runnning \n");
   pthread_key_create (&key,NULL);//创建一个建值，第二个参数如果不为空的话，线程退出之后
   pthread_create (&thid1,NULL,thread1,NULL);//创建一个线程，同时调用thread1线程函数
   sleep(3);
   pthread_key_delete (key);
   printf("main thread exit\n");
   return 0;
}

2.互斥锁的使用

函数	功能
pthread_mutex_init 函数	初始化一个互斥锁
pthread_mutex_destory 函数	注销一个互斥锁
pthread_mutex_lock 函数	加锁，如果不成功，阻塞等待
pthread_mutex_unlock 函数	解锁
pthread_mutex_trylock 函数	测试加锁，如果不成功就返回

互斥锁的初始化
“静态赋值法: pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER；
通过函数来进行初始化操作

int pthread_mutex_intit (pthread_mutex_t * mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr);
加锁的同时，如果mutex已经被锁主，当前尝试加锁的线程就会阻塞，直到互斥锁被其他线程释放，当pthread_mutex_lock返回的时候，说明，互斥锁已经被当前线程成功的加锁，pthread_mutex_trylock函数不同，会返回一个EBUSY

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t * mutex);

解锁必须满足两个条件，一是互斥锁必须处于加锁状态，二是线程必须是给互斥锁加锁的线程

当一个互斥锁使用完毕之后，必须进行清除,使用函数pthread-mutex_destroy函数

int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t * mutex);

清除的时候要求当前必须处于开放状态，如果锁定状态，返回EBUSY

3条件变量
条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制
主要包括两个动作：一是等待使用资源的线程等待”条件变量被设置真”,另一个是一个线程在使用完资源后，”设置条件为真”

条件变量可以让我们睡眠到某种状态的出现
pthread_cond_wait与pthread_mutex配合使用

函数	功能
pthread-cond_init 函数	初始化变量
pthread_cond_wait 函数	基于条件变量阻塞，无条件等待
pthread-cond_timedwait 函数	阻塞直到指定时间发生
pthread_cond_singal 函数	接触特定线程的阻塞，存在多个等待线程按入队顺序激活其中一个

条件变量的初始化方式也有两种
“静态赋值法: pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER；
通过函数来进行初始化操作

int pthread_cond_ntit (pthread_cond_t * cond, pthread_condattr_t * cond_attr);

等待条件成立的函数有两种:
int pthread_cond_wait (pthread_cond_t *__restrict __cond,
pthread_mutex_t *__restrict __mutex)

int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t *__restrict __cond,
pthread_mutex_t *__restrict __mutex,
const struct timespec *__restrict __abstime)

pthread_cond_wait中的mutex必须为适应锁或者互斥锁
pthread_cont_wait返回自动对互斥锁重新进行加锁
销毁条件变量释放空间，必须在没有条件变量的等待的基础之上

pthread_cond_wait函数释放由mutex指向的互斥锁，同时让当前进程关于cond指向的条件变量阻塞，直到条件被信号唤醒

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

pthread_mutex_t mutex;//互斥锁
pthread_cond_t cond;//操作的条件变量

void * thread1(void * arg)
{
    pthread_cleanup_push (pthread_mutex_unlock,&mutex);//用于自动释放资源，pthread_clean_up_push()的调用点和pthread_clean_pop()的调用点

    while(1)
    {
        printf("thread1 is running\n");
        pthread_mutex_lock (&mutex);//建立互斥锁,
        //无论那种类型的锁，使用pthread_mutex_lock加锁时候，如果mutex被锁住，目前尝试加锁的线程就会阻塞,
        //其中一个必须等待解索，等待队列中的第一个线程将会获得互斥锁
        pthread_cond_wait (&cond,&mutex);//释放mutex指向的互斥锁，同时让当前线程关于cond指向的条件变量阻塞，直到条件被信号唤醒
        //线程改变条件变量的值，条件变量会获得一个信号，使得等待条件变量的线程退出阻塞状态
        printf ("thread1 applied the condition\n");
        pthread_mutex_unlock(&mutex);//将互斥锁解锁
        sleep(4);
    }
    pthread_cleanup_pop(0);
}

void *thread2(void * arg)
{
       while(1)
       {
           printf("thread2 is running\n");
           pthread_mutex_lock(&mutex);//实行互斥锁
           pthread_cond_wait(&cond,&mutex);//防止多个线程请求
           //基于条件等待，释放互斥锁
           printf("thread2 applied the condition\n");
           pthread_mutex_unlock(&mutex);//
           sleep(1);
       }
}

int main(void)
{
     pthread_t tid1,tid2;

     printf("condition variable study!\n");
     pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
     pthread_cond_init(&cond,NULL);
     pthread_create(&tid1,NULL,(void *)thread1,NULL);
     pthread_create(&tid2,NULL,(void *)thread2,NULL);

    do{
        pthread_cond_signal(&cond);
    }while(1);
    sleep(10);
    pthread_exit(0);
}

一.线程和进程的关系

二.创建线程

函数 说明 pthread_t pthreadself(void) 获取本线程的线程ID int pthread_equal(pthread_t thread1,pthread_t thread2) 判断两个进程ID是不是指向同一进程 int pthread_once(pthread_once_t * once_control,void(*init_routine)(void) 用来保证线程函数在进程中只执行一次

三.线程属性

四.私有数据及线程同步

函数说明

pthread_t pthreadself(void) 获取本线程的线程ID

int pthread_equal(pthread_t thread1,pthread_t thread2) 判断两个进程ID是不是指向同一进程

int pthread_once(pthread_once_t * once_control,void(*init_routine)(void) 用来保证线程函数在进程中只执行一次