大家好，欢迎来到IT知识分享网。
一、线程有3种模型，分别是N:1用户线程模型，1:1核心线程模型和N:M混合线程模型，posix thread属于1:1模型。
（一）、N:1用户线程模型
“线程实现”建立在“进程控制”机制之上，由用户空间的程序库来管理。OS内核完全不知道线程信息。这些线程称为用户空间线程。这些线程都工作在“进
程竞争范围”（process contention scope）：各个线程在同一进程竞争“被调度的CPU时间”（但不直接和其他进程中的线程竞争）。
在N:1线程模型中，内核不干涉线程的任何生命活动，也不干涉同一进程中的线程环境切换。
在N:1线程模型中，一个进程中的多个线程只能调度到一个CPU，这种约束限制了可用的并行总量。
第二个缺点是如果某个线程执行了一个“阻塞式”操作（如read），那么，进程中的所有线程都会阻塞，直至那个操作结束。为此，一些线程的实现是为
这些阻塞式函数提供包装器，用非阻塞版本替换这些系统调用，以消除这种限制。
（二）、1:1核心线程模型 pthread线程库–NPTL(Native POSIX Threading Library)
在1:1核心线程模型中，应用程序创建的每一个线程（也有书称为LWP）都由一个核心线程直接管理。OS内核将每一个核心线程都调到系统CPU上，
因此，所有线程都工作在“系统竞争范围”（system contention scope）：线程直接和“系统范围”内的其他线程竞争。
这种线程的创建与调度由内核完成，因为这种线程的系统开销比较大（但一般来说，比进程开销小）
（三）、N:M混合线程模型 NGPT(Next Generation POSIX Threads)
N:M混合线程模型提供了两级控制，将用户线程映射为系统的可调度体以实现并行，这个可调度体称为轻量级进程（LWP:light weight process），LWP
再一一映射到核心线程。如下图所示。OS内核将每一个核心线程都调到系统CPU上，因此，所有线程都工作在“系统竞争范围”。
据说一些类UNIX系统(如Solaris)已经实现了比较成熟的M:N线程模型, 其性能比起linux的线程还是有着一定的优势，但不能利用SMP结构。
按照2003年3月NGPT官方网站上的通知，NGPT考虑到NPTL日益广泛地为人所接受，为避免不同的线程库版本引起的混乱，今后将不再进行进一步开发，而今进行支持性的维护工作。也就是说，NGPT已经放弃与NPTL竞争下一代Linux POSIX线程库标准。
二、posix 线程概述
我们知道，进程在各自独立的地址空间中运行，进程之间共享数据需要用进程间通信机制，有些情况需要在一个进程中同时执行多个控制流程，这时候
线程就派上了用场，比如实现一个图形界面的下载软件，一方面需要和用户交互，等待和处理用户的鼠标键盘事件，另一方面又需要同时下载多个文
件，等待和处理从多个网络主机发来的数据，这些任务都需要一个“等待-处理”的循环，可以用多线程实现，一个线程专门负责与用户交互，另外几个线
程每个线程负责和一个网络主机通信。
以前我们讲过，main函数和信号处理函数是同一个进程地址空间中的多个控制流程，多线程也是如此，但是比信号处理函数更加灵活，信号处理函数的
控制流程只是在信号递达时产生，在处理完信号之后就结束，而多线程的控制流程可以长期并存，操作系统会在各线程之间调度和切换，就像在多个进
程之间调度和切换一样。由于同一进程的多个线程共享同一地址空间，因此Text Segment、Data Segment都是共享的，如果定义一个函数，在各线程
中都可以调用，如果定义一个全局变量，在各线程中都可以访问到，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
但有些资源是每个线程各有一份的：
线程id
上下文，包括各种寄存器的值、程序计数器和栈指针
栈空间
errno变量
信号屏蔽字
调度优先级
我们将要学习的线程库函数是由POSIX标准定义的，称为POSIX thread或者pthread。在Linux上线程函数位于libpthread共享库中，因此在编译时要加上-lpthread选项。
注：linux 2.6 以后的线程就是由用户态的pthread库实现的.使用pthread以后, 在用户看来, 每一个task_struct就对应一个线程, 而一组线程以及它们所共同引用的一组资源就是一个进程.在linux 2.6中, 内核有了线程组的概念, task_struct结构中增加了一个tgid(thread group id)字段. getpid(获取进程ID)系统调用返回的也是tast_struct中的tgid, 而tast_struct中的pid则由gettid系统调用来返回。
当线程停止/继续, 或者是收到一个致命信号时, 内核会将处理动作施加到整个线程组中。
比如程序a.out运行时，创建了一个线程。假设主线程的pid是10001、子线程是10002（它们的tgid都是10001）。这时如果你kill 10002，是可以把10001和10002这两个线程一起杀死的，尽管执行ps命令的时候根本看不到10002这个进程。如果你不知道linux线程背后的故事，肯定会觉得遇到灵异事件了。
三、pthread 系列函数
（一）
功能：创建一个新的线程
原型 int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void*), void *arg);
参数
thread:返回线程ID
attr:设置线程的属性，attr为NULL表示使用默认属性
start_routine:是个函数地址，线程启动后要执行的函数
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
错误检查：
以前学过的系统函数都是成功返回0，失败返回-1，而错误号保存在全局变量errno中，而pthread库的函数都是通过返回值返回错误号，虽然每个线程也都有一个errno，但这是为了兼容其它函数接口而提供的，pthread库本身并不使用它，通过返回值返回错误码更加清晰。由于pthread_create的错误码不保存在errno中，因此不能直接用perror(3)打印错误信息，可以先用strerror(3)把错误号转换成错误信息再打印。
（二）
功能：线程终止
原型 void pthread_exit(void *value_ptr);
参数
value_ptr：value_ptr不要指向一个局部变量，因为当其它线程得到这个返回指针时线程函数已经退出了。
返回值：无返回值，跟进程一样，线程结束的时候无法返回到它的调用者（自身）
如果需要只终止某个线程而不终止整个进程，可以有三种方法：
1、从线程函数return。这种方法对主线程不适用，从main函数return相当于调用exit，而如果任意一个线程调用了exit或_exit，则整个进程的所有线程都终止。
2、一个线程可以调用pthread_cancel 终止同一进程中的另一个线程。
3、线程可以调用pthread_exit终止自己。
（三）
功能：等待线程结束
原型 int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);
参数
thread:线程ID
value_ptr:它指向一个指针，后者指向线程的返回值
返回值：成功返回0；失败返回错误码
当pthread_create 中的 start_routine返回时，这个线程就退出了，其它线程可以调用pthread_join得到start_routine的返回值，类似于父进程调用wait(2)得到子进程的退出状态。
调用该函数的线程将挂起等待，直到id为thread的线程终止。thread线程以不同的方法终止，通过pthread_join得到的终止状态是不同的，总结如下：
1、如果thread线程通过return返回，value_ptr所指向的单元里存放的是thread线程函数的返回值。
2、如果thread线程被别的线程调用pthread_cancel异常终止掉，value_ptr所指向的单元里存放的是常数PTHREAD_CANCELED。
3、如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的，value_ptr所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数。
如果对thread线程的终止状态不感兴趣，可以传NULL给value_ptr参数。
（四）
功能：返回线程ID
原型 pthread_t pthread_self(void);
返回值：成功返回线程id
在Linux上，pthread_t类型是一个地址值，属于同一进程的多个线程调用getpid(2)可以得到相同的进程号，而调用pthread_self(3)得到的线程号各不相同。线程id只在当前进程中保证是唯一的，在不同的系统中pthread_t这个类型有不同的实现，它可能是一个整数值，也可能是一个结构体，也可能是一个地址，所以不能简单地当成整数用printf打印。
（五）
功能：取消一个执行中的线程
原型 int pthread_cancel(pthread_t thread);
参数
thread:线程ID
返回值：成功返回0；失败返回错误码
一个新创建的线程默认取消状态（cancelability state）是可取消的，取消类型（ cancelability type）是同步的，即在某个可取消点（ cancellation point，即在执行某些函数的时候）才会取消线程。具体可以man 一下。
相关函数 int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate); int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype); 为保证一个事务型处理逻辑的完整可以使用这两个函数，如下举例，主线程创建完线程睡眠一阵调用pthread_cancel，test是thread_function。
void *test(void *arg)
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE, NULL);
printf(“start: %d; “, i);
sleep(1);
printf(“end: %d\n”, i);
if (i > 7)
{
pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE, NULL);
pthread_testcancel();
}
}
return (void *)0;
}
就算我们在完成一次完整逻辑后不立即改回 PTHREAD_CANCEL_ENABLE，就算后续循环再次调用 PTHREAD_CANCEL_DISABLE 设置，其 “未决状态” 依然会保留的。循环执行i=0~8 后，i=9时在sleep可取消点线程被中断。
（六）
功能：将一个线程分离
原型 int pthread_detach(pthread_t thread);
参数
thread:线程ID
返回值：成功返回0；失败返回错误码
一般情况下，线程终止后，其终止状态一直保留到其它线程调用pthread_join获取它的状态为止（僵线程）。但是线程也可以被置为detach状态，这样的线程一旦终止就立刻回收它占用的所有资源，而不保留终止状态。不能对一个已经处于detach状态的线程调用pthread_join，这样的调用将返回EINVAL。对一个尚未detach的线程调用pthread_join或pthread_detach都可以把该线程置为detach状态，也就是说，不能对同一线程调用两次pthread_join，或者如果已经对一个线程调用了pthread_detach就不能再调用pthread_join了。
这个函数既可以在主线程中调用，也可以在thread_function里面调用。
在主线程中通过线程属性也可以达到同样的效果，如下：
pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, &attr, test, “a”); // test is thread_function
sleep(3);
pthread_attr_destroy(&attr);
下面写个程序走一下这些函数：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<pthread.h>
#include<string.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do { \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
void *routine(void *arg)
{
int i;
for (i = 0; i < 20; i++)
{
printf(“B”);
fflush(stdout);
usleep(20);
/*
if (i == 3)
pthread_exit(“ABC”);
*/
}
return “DEF”;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
int ret;
if ((ret = pthread_create(&tid, NULL, routine, NULL)) != 0)
{
fprintf(stderr, “pthread create: %s\n”, strerror(ret));
exit(EXIT_FAILURE);
}
int i;
for (i = 0; i < 20; i++)
{
printf(“A”);
fflush(stdout);
usleep(20);
}
void *value;
if ((ret = pthread_join(tid, &value)) != 0)
{
fprintf(stderr, “pthread create: %s\n”, strerror(ret));
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf(“\n”);
printf(“return msg=%s\n”, (char *)value);
return 0;
}
创建一个线程，主线程打印A，新线程打印B，主线程调用pthread_join 等待新线程退出，打印退出值。
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/pthread$ ./pthread_create
ABAABABABABABABABABABABABABAABABBABABABB
return msg=DEF
在新线程中也可调用pthread_exit 退出。
四、简单的多线程服务器端程序
在将socket 编程的时候曾经使用fork 多进程的方式来实现并发，现在尝试使用多线程方式来实现：
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do \
{ \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
void echo_srv(int conn)
{
char recvbuf[1024];
while (1)
{
memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
int ret = read(conn, recvbuf, sizeof(recvbuf));
if (ret == 0)
{
printf(“client close\n”);
break;
}
else if (ret == -1)
ERR_EXIT(“read”);
fputs(recvbuf, stdout);
write(conn, recvbuf, ret);
}
close(conn);
}
void *thread_routine(void *arg)
{
/* 主线程没有调用pthread_join等待线程退出 */
pthread_detach(pthread_self()); //剥离线程，避免产生僵线程
/*int conn = (int)arg;*/
int conn = *((int *)arg);
free(arg);
echo_srv(conn);
printf(“exiting thread …\n”);
return NULL;
}
int main(void)
{
int listenfd;
if ((listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0)
ERR_EXIT(“socket”);
struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(5188);
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int on = 1;
if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
ERR_EXIT(“setsockopt”);
if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
ERR_EXIT(“bind”);
if (listen(listenfd, SOMAXCONN) < 0)
ERR_EXIT(“listen”);
struct sockaddr_in peeraddr;
socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr);
int conn;
while (1)
{
if ((conn = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&peeraddr, &peerlen)) < 0)
ERR_EXIT(“accept”);
printf(“ip=%s port=%d\n”, inet_ntoa(peeraddr.sin_addr), ntohs(peeraddr.sin_port));
pthread_t tid;
// int ret;
/*pthread_create(&tid, NULL, thread_routine, (void*)&conn);*/ // race condition问题，竟态问题
int *p = malloc(sizeof(int));
*p = conn;
pthread_create(&tid, NULL, thread_routine, p);
/*
if ((ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_routine, (void*)conn)) != 0) //64位系统时指针不是4个字节，不可移植
{
fprintf(stderr, “pthread_create:%s\n”, strerror(ret));
exit(EXIT_FAILURE);
}
*/
}
程序逻辑并不复杂，一旦accept 返回一个已连接套接字，就创建一个新线程对其服务，在每个新线程thread_routine 中调用pthread_detach 剥离线程，我们的主线程不能调用pthread_join 等待这些新线程的退出，因为还要返回while 循环开头去在accept 中阻塞监听。
如果使用pthread_create(&tid, NULL, thread_routine, (void*)&conn); 存在的问题是如果accept 再次返回一个已连接套接字，而此时thread_routine 函数还没取走conn 时，可能会读取到已经被更改的conn 值。
如果使用 pthread_create(&tid, NULL, thread_routine, (void*)conn); 存在的问题是在64位系统中指针不是4个字节而是8个字节，即不可移植 性。
使用上述未被注释的做法，每次返回一个conn，就malloc 一块内存存放起来，在thread_routine 函数中去读取即可。
开多个客户端，可以看到正常服务。
后记：其实 pthread 系列函数也可以应用于进程间加锁，怎么应用到多进程场合呢，被多个进程共享呢？
很简单，首先需要设置互斥锁的进程间共享属性：
int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *mattr, int pshared);
pthread_mutexattr_t mattr;
pthread_mutexattr_init(&mattr);
pthread_mutexattr_setpshared(&mattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
其次，为了达到多进程共享的需要，互斥锁对象需要创建在共享内存中。
最后，需要注意的是，并不是所有Linux系统都支持这个特性，程序里需要检查是否定义了_POSIX_SHARED_MEMORY_OBJECTS宏，只有定义了才能用这种方式实现进程间互斥锁。
需要C/C++ Linux服务器开发学习资料私信“资料”（资料包括C/C++，Linux，golang技术，Nginx，ZeroMQ，MySQL，Redis，fastdfs，MongoDB，ZK，流媒体，CDN，P2P，K8S，Docker，TCP/IP，协程，DPDK，ffmpeg等），免费分享
免责声明：本站所有文章内容,图片，视频等均是来源于用户投稿和互联网及文摘转载整编而成，不代表本站观点，不承担相关法律责任。其著作权各归其原作者或其出版社所有。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容,侵犯到您的权益，请在线联系站长,一经查实,本站将立刻删除。 本文来自网络,若有侵权，请联系删除，如若转载，请注明出处：https://yundeesoft.com/46438.html
