Linux 进程与线程学习笔记

一、进程回收 waitpid

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pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);

功能：回收指定子进程的空间

参数

pid：要回收的子进程 PID
wstatus：保存子进程结束状态空间的首地址
options
- 0：阻塞回收
- WNOHANG：非阻塞回收

返回值

成功：返回回收子进程 ID
失败：返回 -1
设置 WNOHANG 非阻塞，如果子进程没有结束返回 0

💡 对比：wait 只能阻塞随机回收子进程；waitpid 可以指定进程，支持非阻塞，实际开发用的更多。

二、exec 函数族

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extern char **environ;
int execl(const char *path, const char *arg, .../* (char *) NULL */);
int execlp(const char *file, const char *arg, .../* (char *) NULL */);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., (char *) NULL, char * const envp[] );
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execve(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

功能：利用进程空间执行另一段代码，调用成功之后，原代码后面全部不会执行。

后缀记忆口诀：

l：参数以列表形式传递，逐个写参数，以 NULL 结尾
v：参数以指针数组形式传递，传字符串数组
p：在系统环境变量 PATH 下查找文件名，可以不用写完整路径
e：执行新代码时更新进程环境变量，传入自定义环境变量表

返回值

成功：没有返回，直接运行新程序
失败：返回 -1

⚠️ exec 只是替换进程地址空间，PID 不变，不会创建新进程，一般搭配 fork 使用。

三、环境变量

进程在执行代码过程中临时存放信息的变量，称为环境变量，全局所有子进程都可以继承。

setenv

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int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite);

功能：设置环境变量的值

name：环境变量名称
value：设置环境变量的值
overwrite：非 0 覆盖旧值；0 不覆盖旧值

返回：成功返回 0，失败返回 -1

四、线程

1. 什么是线程

线程是一个轻量级的进程，一个任务创建、调度、消亡的过程。

进程和线程核心区别

进程：操作系统资源分配最小单元
- 进程独占 0-4G 虚拟内存空间：文本段、数据段、堆段、系统数据段。每个进程完全独立。
线程：操作系统任务调度最小单元
- 线程存在于进程空间内部；只有自己独立栈空间，其余堆、全局、文本段全部和进程内其他线程共享。

✅ 内存共享总结

独享：线程栈空间（默认 8M），局部变量
共享：全局变量、静态变量、字符串常量、堆区

线程调度

宏观并行，微观串行；CPU 时间片轮转调度。

线程消亡

线程结束必须回收线程空间，否则产生僵尸线程。

进程 vs 线程接口对照表

进程	线程
fork	pthread_create
exit	pthread_exit
wait	pthread_join

2. 线程核心 API

① pthread_create 创建线程

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int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine) (void *), void *arg);

thread：存放线程 ID(TID) 空间首地址
attr：线程属性，栈大小、优先级等，填 NULL 使用默认属性
start_routine：线程函数指针，线程要执行的函数
arg：传给线程函数的参数

返回：成功返回 0；失败返回错误码。

② pthread_exit 结束线程

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void pthread_exit(void *retval);

retval：线程结束传出的状态，可被 pthread_join 接收。

💡 注意：线程函数里面不要直接 return，优先用 pthread_exit；main 函数 return 会直接结束整个进程，杀死所有子线程。

③ pthread_join 回收线程

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int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

thread：待回收线程 TID
retval：接收线程退出状态的二级指针，可以传 NULL 不接收

返回：成功返回 0；失败返回错误码。

特性：阻塞等待线程结束，线程没跑完函数就卡在 join 这里。

3. 开发练习思路

创建 N 个线程，每个线程打印自己 TID，模拟多任务并发
多线程任务：采集、存储、显示、日志四个任务，各自 sleep 不同时间模拟业务耗时
主线程监听终端输入，控制子线程启停

⚠️ 高频踩坑点

共享全局变量多线程同时读写，会出现数据竞争，需要后续加锁。
传给线程函数的参数不要传局部变量，线程调度晚，局部变量已经销毁，会野指针。
忘记 pthread_join，产生僵尸线程，内存泄漏。
main 函数直接 return，所有子线程直接被杀死，没有机会执行完。

补充学习思维导图总结

进程：fork/waitpid + exec 替换程序 + 环境变量
线程：轻量级，共享地址空间，私有栈；pthread_create / pthread_exit / pthread_join
区别：进程资源独立开销大；线程共享资源开销小，但是有并发数据竞争问题。