【Linux】多线程（概念，控制）
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目录
再谈地址空间
线程概念
创建线程初识
线程的优点
线程的缺点
线程异常
Linux进程VS线程
Linux线程控制
POSIX线程库
创建线程
线程等待
线程函数传参
线程函数返回值
创建多线程
线程终止
分离线程
C++11使用多线程
前言
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再谈地址空间
OS进行内存管理，不是以字节为单位的，而是以内存块为单位的，默认大小是4KB。
系统和磁盘文件进行IO的基本单位是4KB--8个扇区。
文件在磁盘中存的时候是有自己的dateblock的，每个dateblock的大小都是4KB。所以内存管理时，加载就是把程序的数据块加载到指定的内存块中。
为了方便进行表述，4kb的空间+内容有一个名字，叫页框或页帧。
在内核里有一个struct page来管理每一个页框。内存看成是数组，第一个page的起始地址就是数组下标*4==0 ，第二个page的起始地址是数组下标*4==4。所以每个page都有了下标。
虚拟地址如何转换为物理地址？
虚拟地址的前10个比特位索引页目录，中间10个比特位索引页表。 页表指向对应页框的起始地址。虚拟地址的低12位+页框的起始地址就能找到页框内的任意一个字节了。
这种页表也叫二级页表，用来搜索页框。
虚拟地址本质是一种资源。
线程概念
- 在一个程序里的一个执行路线就叫做线程（thread）。更准确的定义是：线程是“一个进程内部的控制序列”
- 一切进程至少都有一个执行线程
- 线程在进程内部运行，本质是在进程地址空间内运行
- 在Linux系统中，在CPU眼中，看到的PCB都要比传统的进程更加轻量化
- 透过进程虚拟地址空间，可以看到进程的大部分资源，将进程资源合理分配给每个执行流，就形成了线程执行流
线程：在进程内部运行，是CPU调度的基本单位。
进程:承担分配系统资源的基本实体。
我们以前讲的进程内部都是只有一个执行流的进程。
Windows系统里有struct tcb结构体描述线程，Linux系统选择复用struct pcb结构体。所以Linux是用进程模拟的线程。
Linux中CPU不区分task_struct 是进程还是线程，都看做执行流。
CPU看到的执行流<=进程。
Linux中的执行流叫：轻量级进程。
创建线程初识
功能：创建一个新的线程
参数
- thread:返回线程ID
- attr:设置线程的属性，attr为nullptr表示使用默认属性(这里用默认即可)
- start_routine:是个函数指针，线程启动后要执行的函数。返回值类型为void*，参数类型为void*
- arg:传给线程启动函数的参数
返回值：成功返回0；失败返回错误码
直接编译，会报错，说直接创建线程是未定义的行为。
Linux中要使用线程，编译时要引入pthread库。
运行程序， 因为主次线程里都是死循环打印，结果主次线程都有打印，说明有多执行流，即线程创建成功了。
打印出他们的pid，可以看到主次线程的pid都是一样的，因为这两个线程他们都属于同一个进程内部，所以对应的进程pid是一样的。
如果想查看线程，可以通过指令 ps -aL 。他们的pid都是一样的。LWP就是Light Weight Process，即轻量级进程，就是线程的id。
我们把pid和lwp都相等的执行流叫主线程。
线程的优点
- 创建一个新线程的代价要比创建一个新进程小得多
- 与进程之间的切换相比，线程之间的切换需要操作系统做的工作要少很多
- 线程占用的资源要比进程少很多
- 能充分利用多处理器的可并行数量
- 在等待慢速I/O操作结束的同时，程序可执行其他的计算任务
- 计算密集型应用，为了能在多处理器系统上运行，将计算分解到多个线程中实现
- I/O密集型应用，为了提高性能，将I/O操作重叠。线程可以同时等待不同的I/O操作。
线程的缺点
- 性能损失
- 健壮性降低
- 编写多线程需要更全面更深入的考虑，在一个多线程程序里，因时间分配上的细微偏差或者因共享了 不该共享的变量而造成不良影响的可能性是很大的，换句话说线程之间是缺乏保护的。（多线程程序，如果其中一个线程出问题，整个进程就会出问题）
- 缺乏访问控制
线程异常
- 单个线程如果出现除零，野指针问题导致线程崩溃，进程也会随着崩溃
- 线程是进程的执行分支，线程出异常，就类似进程出异常，进而触发信号机制，终止进程，进程终止，该进程内的所有线程也就随即退出
Linux进程VS线程
- 进程是资源分配的基本单位
- 线程是调度的基本单位
- 线程共享进程数据，但也拥有自己的一部分数据:
- 线程ID
- 一组寄存器（重要）
- 栈（重要）(线程运行的时候，会形成各种临时变量，临时变量会被每个线程保存在自己的栈区)
- errno
- 信号屏蔽字
- 调度优先级
进程的多个线程共享同一地址空间，除此之外,各线程还共享以下进程资源和环境:
- 文件描述符表
- 每种信号的处理方式(SIG_ IGN、SIG_ DFL或者自定义的信号处理函数)
- 当前工作目录
- 用户id和组id
Linux线程控制
POSIX线程库
- 与线程有关的函数构成了一个完整的系列，绝大多数函数的名字都是以“pthread_”打头的
- 要使用这些函数库，要通过引入头文件
- 链接这些线程函数库时要使用编译器命令的“-lpthread”选项
创建线程
前面已经简单介绍了pthread_create的使用。在创建完成后，主线程会继续向下执行代码，新线程会去执行参数3所指向的函数。此时执行流就一分为二了。
线程等待
功能：等待线程结束
参数
- thread:线程ID
- retval:它指向一个指针，指向线程的返回值 （输出型参数）
参数2的类型是void**，用来接收新线程函数的返回值，因为新线程函数的返回值类型是void*。未来要拿到新线程的返回值void*,放到void* retval中时，这里的参数就得传&retval。
返回值：成功返回0；失败返回错误码
如上图，为pthread_create和pthread_join的简单使用。pthread_t类型由库提供。主线程和新线程谁先运行，这是不确定的。
我们把tid以字符串的形式打印出来，发现是一个虚拟地址，他跟线程id不一样。
线程函数传参
线程函数传参，可以传任意类型，一定要记住还可以传类对象的地址。 有了这个，就意味着可以给线程传递多个参数，甚至方法了。
上面的td对象是在主线程的栈上的，新线程访问了主线程栈上的临时变量，我们不推荐这种做法。因为如果main函数有第二个对象，他们在读取时没有影响，但其中一个对象在修改时，另一个也会跟着修改。推荐做法如下图：
我们建议在堆上申请一段空间，未来需要第二个对象时，再重新new一个对象，这样多线程就不会互相干扰了。
线程函数返回值
如果新线程返回值不是nullptr，而是别的退出信息时。主线程可以在join时拿到退出信息，如上图，定义了一个指针code，这个指针是开辟了空间的，把空间的地址传过去，就能拿到退出信息了。
返回值还可以是类对象的地址，主线程接收时用对应类类型对象接收即可。
如果新线程异常了，整个进程就崩溃了，包括主线程。因为信号是发给进程的，不是发给线程的。所以只考虑正确的返回值，不考虑异常，因为异常时整个程序就挂掉了。
创建多线程
下面是完整代码：
const int num=10;
void* threadrun(void* args)
{
std::string name=static_cast(args);
while(true)
{
std::cout< tids;
for(int i=0;i 运行结果为什么线程名是乱的？因为即使我们的线程是按顺序创建的，但他们不是按顺序启动的。而且上面的name，属于main函数栈上的空间，即main函数栈空间上的公共区传给了每一个线程，所以线程名会被不断覆盖。所以上面这么写是有问题的，要在堆在开辟空间。
线程终止
运行后，发现主线程没有打印quit语句。因为exit是专门用来终止进程的，不能用来终止线程。任意一个线程调用exit，都可能会导致进程退出。
除了用return结束线程，pthread_exit是专门用来终止一个线程的，使用如下图：
下面是终止线程的另一种方法:
主线程调用pthread_cancel取消新线程。取消一个线程的前提是线程得存在。
下面是使用举例：
线程取消一个就join一个。由上图可知，线程被取消后，线程的退出结果是-1。
-1对应pthread库中的一个宏。
分离线程
- 默认情况下，新创建的线程是joinable的，线程退出后，需要对其进行pthread_join操作，否则无法释放资源，从而造成系统泄漏。
- 如果不关心线程的返回值，join是一种负担，这个时候，我们可以告诉系统，当线程退出时，自动释放线程资源
- joinable和分离是冲突的，一个线程不能既是joinable又是分离的。
- 如果一个线程被分离，线程的工作状态就是分离状态，不需要被join，但依旧属于进程内部。
作用：哪个线程调用该接口，就返回他自己的线程id。相当于以前的getpid。
void* threadrun(void* args)
{
pthread_detach(pthread_self());
std::string name=static_cast(args);
while(true)
{
std::cout< tids;
for(int i=0;i
运行上面代码，程序直接挂掉了。因为新线程已经分离，主线程不会卡在join，而是会继续往后走，主线程结束了，整个进程就结束了，新线程可能还没起来就死亡了。
所以分离线程后，主线程就可以做自己的事了，不用管新线程。
即使新线程分离，只要分离的线程异常了，还是会影响整个进程。
除了可以让新线程自己分离，也可以由主线程进行分离。
C++11使用多线程
C++11里使用多线程，创建时是支持可变参数的。大致用法跟前文讲的差不多。
我们把makefile文件里的 -lpthread 去掉然后编译。
编译后，报错了，链接时报错。所以C++语言在Linux中要编译支持多线程，也要加 -lpthread。
C++11的多线程本质：就是对原生线程库接口的封装。
Linux中，C++11要支持多线程，底层必须封装Linux环境的pthread库，编译的时候都得带。
在Windows下要编译多线程程序不用带-lpthread。
