Linux 线程

一、线程核心概念

1. 定义与归属

  • 线程是轻量级进程(Lightweight Process, LWP),必须隶属于某个进程,不能独立存在。
  • 进程是线程的 "容器",线程的所有操作都依赖于进程的资源(如代码段、数据段、文件描述符等)。

2. 核心作用

与进程一致,线程的核心作用是实现并发执行,尤其适合处理:

  • 相对耗时的任务(如网络 IO、文件读写)
  • 需要并行处理的逻辑(如多任务拆分)

二、线程与进程的核心区别

对比维度 进程 线程
资源分配单位 系统最小资源分配单位 系统最小执行单位
资源独立性 资源完全独立(地址空间、文件描述符等) 共享进程资源,仅私有栈区
稳定性 稳定性高(一个进程崩溃不影响其他) 稳定性低(一个线程崩溃导致整个进程崩溃)
创建开销 大(需分配 3GB 独立地址空间) 小(仅需开辟 8MB 栈区)
并发度 高(资源共享,切换成本低)
内部关系 进程间是独立关系 同一进程内线程是平级关系

关键补充:

  • 同一进程中,默认存在 1 个主线程(程序启动时创建,执行 main 函数),其他线程为子线程。
  • 线程的私有资源仅为栈区(用于存储局部变量、函数调用栈),其余资源(代码段、数据段、堆区、文件描述符)均与进程内其他线程共享。

三、POSIX 线程编程核心步骤

  1. 创建多线程:通过 API 创建子线程,指定线程执行逻辑。
  2. 线程空间操作:子线程执行指定任务(共享进程资源,私有栈区操作)。
  3. 线程资源回收:线程退出后,默认栈区不释放,需主动回收(或设置分离属性自动回收)。

四、线程相关工具命令

1. 查看线程信息

bash

运行

复制代码
# 显示所有线程的PID、PPID、LWP(线程ID)、状态、命令
ps -eLo pid,ppid,lwp,stat,comm

# 显示所有线程的详细信息(包括CPU占用、内存等)
ps -eLf
  • lwp:线程 ID(与pthread_self()获取的 ID 一致)
  • stat:线程状态(如 R 运行、S 睡眠、Z 僵尸)

2. 工作路径相关函数(辅助线程文件操作)

(1)获取当前工作路径

c

运行

复制代码
#include <unistd.h>
char *getcwd(char *buf, size_t size);
  • 功能:获取当前进程(线程共享)的工作路径。
  • 参数:
    • buf:存储路径的字符数组(需提前分配空间)。
    • sizebuf的最大长度(避免缓冲区溢出)。
  • 返回值:
    • 成功:返回指向buf的指针(路径字符串)。
    • 失败:返回NULL(错误原因通过errno查看)。
(2)切换工作路径

c

运行

复制代码
#include <unistd.h>
int chdir(const char *path);
  • 功能:修改当前进程(线程共享)的工作路径。
  • 参数:path:目标路径(绝对路径或相对路径)。
  • 返回值:
    • 成功:返回0
    • 失败:返回-1(错误原因通过errno查看)。

五、POSIX 线程核心 API 函数

所有线程函数均在<pthread.h>头文件中声明,编译时需链接线程库(添加-lpthread参数)。

1. 创建线程:pthread_create

c

运行

复制代码
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine) (void *), void *arg);
  • 功能:创建一个新的子线程。
  • 参数:
    • thread:输出参数,存储新创建线程的 ID(需提前定义pthread_t变量)。

    • attr:线程属性(一般设为NULL,使用默认属性)。

    • start_routine:线程执行函数(函数指针),即线程的入口逻辑(回调函数),格式要求:

      c

      运行

      复制代码
      void *func(void *arg) { /* 线程逻辑 */ }
    • arg:传递给start_routine的参数(无参数时设为NULL)。

  • 返回值:
    • 成功:返回0
    • 失败:返回非 0 错误码(需通过strerror()转换为错误信息)。

2. 获取当前线程 ID:pthread_self

c

运行

复制代码
pthread_t pthread_self(void);
  • 功能:获取调用该函数的线程的 ID。
  • 参数:无。
  • 返回值:当前线程的 ID(类型为pthread_t,打印时用%lu格式符)。

3. 线程退出:pthread_exit

c

运行

复制代码
void pthread_exit(void *retval);
  • 功能:子线程主动退出(不会影响其他线程和进程)。
  • 参数:retval:线程退出状态("临死遗言"),可通过pthread_join回收。
  • 返回值:无(线程退出后不再执行后续代码)。

4. 取消线程:pthread_cancel

c

运行

复制代码
int pthread_cancel(pthread_t thread);
  • 功能:请求终止指定 ID 的线程(仅为 "请求",线程需响应才能退出)。
  • 参数:thread:目标线程的 ID。
  • 返回值:
    • 成功:返回0(仅表示请求发送成功,不代表线程已退出)。
    • 失败:返回非 0 错误码。

5. 阻塞回收线程资源:pthread_join

c

运行

复制代码
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
  • 功能:阻塞等待指定线程退出,并回收其资源(栈区),避免内存泄漏。
  • 参数:
    • thread:要回收的子线程 ID。
    • retval:输出参数,存储子线程的退出状态(即pthread_exitretval)。
  • 返回值:
    • 成功:返回0
    • 失败:返回非 0 错误码。

6. 设置线程分离属性:pthread_detach

c

运行

复制代码
int pthread_detach(pthread_t thread);
  • 功能:设置线程为 "分离属性",线程退出后系统自动回收其资源(无需pthread_join)。
  • 适用场景:不需要获取线程退出状态,仅需线程执行完自动释放资源。
  • 参数:thread:目标线程的 ID(通常设为pthread_self(),即线程自分离)。
  • 返回值:
    • 成功:返回0
    • 失败:返回非 0 错误码。

六、关键注意事项

  1. 编译链接 :使用 POSIX 线程函数时,编译命令需添加-lpthread(链接线程库),例如:

    bash

    运行

    复制代码
    gcc thread_demo.c -o thread_demo -lpthread
  2. 资源共享与竞争 :线程共享进程资源(如全局变量、文件描述符),多线程操作共享资源时需加锁(如pthread_mutex_t),避免数据竞争。

  3. 线程退出与回收

    • 未设置分离属性的线程,退出后必须通过pthread_join回收,否则会成为 "僵尸线程",占用系统资源。
    • 主线程退出时,若未处理子线程,会导致所有子线程被强制终止(可通过pthread_join让主线程等待子线程)。
  4. 线程安全:局部变量存储在栈区(线程私有),全局变量、堆区数据(线程共享)需保证线程安全(加锁、原子操作等)。

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