[Linux#40][线程] 线程控制 | 多线程

embedded/2024/10/19 21:29:40/

内核中有没有很明确的线程概念呢？没有的。有的是轻量级进程的概念

不会给我直接提供线程的系统调用，只会给我们提供轻量级进程的系统调用，但是我们用户，需要线程的接口！

所以 Linux 开发者提供了 pthread 线程库--应用层--轻量级接口进行封装。为用户提供直接线程的接口

  • 几乎所有的 Linux 平台，都是默认自带这个库的！
  • Linux 中编写多线程代码 需要 使用第三方 pthread库

为了保证函数能接受任意指针类型，C 进行了泛型设计void *,之后进行强转即可

windows 指针 4 字节 (默认 32 位），Linux 指针 8 字节（uname -r 发现x86_64)

1. 线程创建

功能：创建一个新的线程

函数原型：int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void * (*start_routine)(void*), void *arg);

参数：

  • thread：输出型参数，获取创建成功的线程ID(是个地址）
  • attr：设置线程的属性，attr为nullptr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，不需要使可以设置为 nullptr （要传指针，才能切实拿到）

返回值：成功返回0，失败返回错误码

测试 ：可以发现有两个执行流

#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<string>
#include<unistd.h>
#include<cstdio>using namespace std;void* start_rountine(void* args)
{//安全的进行强制类型转化string name=static_cast<const char*>(args);while(true){cout<<"new thread create success, name: "<<name<<endl;sleep(1);}
}int main()
{#define NUM 10for(int i=0;i<NUM;++i){pthread_t id;//pthread_create(&id,nullptr,start_rountine,(void*)"thread new"); char namebuffer[64];snprintf(namebuffer,sizeof(namebuffer),"%s:%d","thread",i);pthread_create(&id,nullptr,start_rountine,namebuffer); }while(true){cout<<"new thread create success, name: main thread"<<endl;sleep(1);}return 0;
}

多线程发生了一些错乱，但还是可以发现是同时运行的

⭕注意：格式化传参的设置

char namebuffer[64];
snprintf(namebuffer,sizeof(namebuffer),"%s:%d","thread",i);
pthread_create(&id,nullptr,start_rountine,namebuffer);

第一行: char namebuffer[64];

这一行声明了一个字符数组 namebuffer，它可以存储最多 64 个字符（包括字符串结束符 \0）。

第二行: snprintf(namebuffer,sizeof(namebuffer),"%s:%d","thread",i);

这里使用了 snprintf 函数来格式化字符串并安全地写入到 namebuffer 中。snprintf 函数通常用于格式化输出，但会检查目标缓冲区的大小以防止溢出。参数解释如下：

  • namebuffer: 目标缓冲区。
  • sizeof(namebuffer): 缓冲区的大小（字节数），这里为 64。
  • "%s:%d": 格式字符串，表示一个字符串后跟一个冒号和一个整数。
  • "thread": 要插入的第一个参数，是一个字符串。
  • i: 要插入的第二个参数，是一个整数变量。

因此，这条语句将把 "thread:i" 的格式化字符串写入 namebuffer，其中 i 是某个整数值。

第三行: pthread_create(&id,nullptr,start_routine,namebuffer);

  • namebuffer: 这是传递给线程启动例程 start_routine 的参数，即包含 "thread:i" 的字符串。

线程的第三方库，不是系统调用，g++后需要-lpthread链接库

ps -aL 查看轻量级进程， LWP--light weight process

PID==LWP ，表面这个线程是主线程

  • 任何一个线程被干掉了，进程都会被干掉
  • 一个函数可以被多个执行流同时执行。叫做函数被重入了
  • 全局变量是所有线程共享的，都可以访问操作
  • 调度器决定运行顺序，我们并不只知道，但肯定是主线程最后退出

循环监视窗口的打开：while :; do ps -aL | grep mythread;sleep 1;done

2. 线程等待

  1. 类似于存在僵尸，需要等待退出
  2. 获取子进程退出结果

  • 参数：
    • thread：线程ID
    • retval：利用其带回线程返回值，需深刻理解
  • 返回值：
    • 线程等待成功返回0，失败返回错误码
void *threadRoutine(void* args)
{return (void *)233; // 返回给主线程
}int main()
{pthread_t tid;pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");void *ret = nullptr;pthread_join(tid, &ret); // 默认会阻塞等待新线程退出cout << "new thread retval：" << (long long)(ret) << endl;return 0;
}

  • main thread 等待的时候，默认是阻塞等待的！
  • 主线程需要 join --对创建线程进行回收

⭕void** retval :指向指针的指针，为了调用了接口，获取线程退出的退出码

对指针解引用，代表指针所指向的目标

将拿到的返回值空间存储到自己的地址空间中，所以就是一个二级指针了，保证了实参的传递，取地址解引用得到函数返回值，存取到用户指针中。例如：解两次引用，就可以获取函数原值了

  • 直接调用 exit,会全部都直接退出
  • exit 是用来终止进程的！不能用来直接终止进程！

3. 线程终止

仅代表线程终止

  • return
  • pthread_exit

放在调用函数结尾：

void* start_rountine(void* args)
{//安全的进行强制类型转化ThreadDate* td=static_cast<ThreadDate*>(args);int cnt=10;while(cnt){cout<<"cnt: "<<cnt<<" &cnt"<<&cnt<<endl;cnt--;sleep(1);pthread_exit(nullptr);}return nullptr;
}

线程取消

  • pthread_cancel -1

库设置的返回值，可以查看到 一个线程如果是被取消的，退出码是-1。

void* start_rountine(void* args)
{//安全的进行强制类型转化ThreadDate* td=static_cast<ThreadDate*>(args);int cnt=5;while(cnt){cout<<"cnt: "<<cnt<<" &cnt"<<&cnt<<endl;cnt--;sleep(1);}//正常跑完返回的100,那被取消的线程返回的是什么呢？return (void*)100;
}int main()  
{vector<ThreadDate*> threads;
#define NUM 10for(int i=0;i<NUM;++i){ThreadDate* td=new ThreadDate();td->number=i+1;snprintf(td->namebuffer,sizeof(td->namebuffer),"%s:%d","thread",i+1);pthread_create(&td->tid,nullptr,start_rountine,td); //这样不仅每个线程数据除了自己拿到了，主线程也全部拿到了threads.push_back(td);}for(auto& iter:threads){cout<<"create thread: "<<iter->namebuffer<<" : "<<iter->tid<<" success"<<endl;}//线程取消sleep(5);//先让线程跑起来for(int i=0;i<threads.size()/2;++i){pthread_cancel(threads[i]->tid);//创建多线程组中的某一 进行取消cout<<"pthread_cancel: "<<threads[i]->namebuffer<<" success"<<endl;}for(auto& iter:threads){void* ret=nullptr;//注意是void*int n=pthread_join(iter->tid,&ret);//&地址是void**  assert(n == 0);(void)n;cout<<"join : "<<iter->namebuffer<<" success , number: "<<(long long)ret<<endl;delete iter;}//这里就可以看出主线程式阻塞式的等待，全部等待成功，才打印这句话cout<<"main thread quit!!"<<endl;return 0;
}

pthread_cancel(threads[i]->tid);//创建多线程组中的某一 进行取消

4.线程实现通信 | C++中

线程的参数和返回值，不仅仅可以用来进行传递一般参数，也可以传递类的对象！！

举例：实现通信

结构体+初始化=>类

class Request
{
public:Request(int start, int end, const string &threadname): start_(start), end_(end), threadname_(threadname){}
public:int start_;int end_;string threadname_;
};class Response
{
public:Response(int result, int exitcode):result_(result),exitcode_(exitcode){}
public:int result_;   // 计算结果int exitcode_; // 计算结果是否可靠
};

进行测试：

将 rq 的内容传给线程函数，对 rq 获取内容执行 rsp 运算，释放 rq，返回 rsp 打印

void *sumCount(void *args) // 线程的参数和返回值，不仅仅可以用来进行传递一般参数，也可以传递对象！！
{Request *rq = static_cast<Request*>(args); //  Request *rq = (Request*)args//强制转化Response *rsp = new Response(0,0);for(int i = rq->start_; i <= rq->end_; i++){cout << rq->threadname_ << " is runing, caling..., " << i << endl;rsp->result_ += i;usleep(100000);}delete rq;//释放空间return rsp;
}int main()
{pthread_t tid;Request *rq = new Request(1, 100, "thread 1");//参数指针pthread_create(&tid, nullptr, sumCount, rq);void *ret;pthread_join(tid, &ret);//接收指针的地址，实现传递Response *rsp = static_cast<Response *>(ret);cout << "rsp->result: " << rsp->result_ << ", exitcode: " << rsp->exitcode_ << endl;delete rsp;return 0;
}

要用地址符号接受，接收到的也是回复类的地址

pthread_join(tid, &ret);//接收指针的地址，实现传递

Response *rsp = static_cast<Response *>(ret);

也可以反映出堆空间也是被线程共享的

  • 目前，我们的原生线程，pthread库，原生线程库
  • C++11 语言本身也已经支持多线程了 vs 原生线程库

C++ 的多线程就是封装原生线程库

void threadrun()
{while(true){cout << "I am a new thead for C++" << endl;sleep(1);}
}int main()
{thread t1(threadrun);//调用t1.join();//等待return 0;
}

thread t1(threadrun); //调用线程函数

编译时注意！两个编译后缀都要带 g++ -o $@$^ -std=c++11 -lpthread

windows 下装的是 windows c++的库，安装的是不同的库，所以语言具有跨平台性~

5. 打印线程自己的 id

pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void*)"thread 1");
cout<<"thread id:"<<pthread_self()<<endl;//对16进制转化的实现
std::string toHex(pthread_t tid)
{char hex[64];snprintf(hex, sizeof(hex), "%p", tid);//重点研究理解return hex;
}

man clone专门用来创建轻量级进程，我们使用的库底层就是它

线程的概念，是库给我们来维护的，你用的原生线程库，要不要加载到内存里，加载到哪里？

  • 要--都是基于内存的
  • 线程库要维护线程概念--不用维护线程的执行流，线程库注定了要维护多个线程属性集合。线程库要不要管理这些线程呢？要，先描述再组织
  • 由用户维护，OS 之上的，所以称为用户级线程

库加载到了共享区，在堆栈之间

  • 每一个线程的库级别的 tcb 的起始地址，叫做线程的 tid
  • 除了主线程，所有其他线程的独立栈，都在共享区，具体来讲是在 pthread 库中，tid 指向的用户 tcb 中

下篇文章将讲解线程的互斥~


http://www.ppmy.cn/embedded/100408.html

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