嵌入式第三十六篇——linux系统编程——线程

一、线程的核心概论与特征

1. 线程的基本定义

线程是轻量级的进程，隶属于某个进程，无法脱离进程独立存在。一个进程中默认包含一个主线程（对应程序入口main函数的执行流），用户可通过编程创建多个子线程，实现并发任务处理。

2. 线程的核心作用

与进程一致，线程的核心作用是实现程序的并发执行，尤其适用于处理相对耗时的任务（如 IO 操作、网络请求、大数据计算等），能够有效利用 CPU 资源，提升程序的整体执行效率。

3. 线程的关键特征

• 进程是系统最小的资源分配单位：进程拥有独立的地址空间、文件描述符、内存资源等，系统以进程为单位分配资源。
• 线程是系统最小的执行单位：线程本身不拥有独立的资源（除栈区外），而是共享所属进程的资源，CPU 以线程为单位调度执行。
• 线程的平级关系：进程内的多个线程之间是平级关系，无父子之分，由系统统一调度。
• 主线程的特殊性：进程启动时默认创建的主线程是程序的入口，若主线程退出，进程会随之终止，所有子线程也会被强制结束。

二、线程与进程的核心区别

线程与进程在资源管理、稳定性、开销等方面存在显著差异，具体对比如下：

三、POSIX 线程的编程步骤

Linux 下的线程编程遵循 POSIX 标准（pthread 库），核心编程步骤为：

plaintext

创建多线程 → 线程空间执行任务 → 线程资源回收（或设置分离属性自动回收）

其中，线程退出后默认不会释放栈区资源，需通过手动回收或分离属性设置完成资源释放，否则会造成内存泄漏。

四、线程相关的常用命令

在 Linux 中，可通过以下命令查看线程的相关信息：

1.ps -eLo pid,ppid,lwp,stat,comm：显示线程的进程 ID、父进程 ID、线程 ID、状态及命令名。

2.ps -eLf：以完整格式显示进程和线程的信息（包含线程 ID、优先级等）。

五、POSIX 线程核心函数详解

pthread 库提供了一系列函数用于线程的创建、控制与资源管理，以下是最常用的核心函数：

1. 线程创建：pthread_create

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

• 功能：创建一个新的线程，并指定线程的执行逻辑。
• 参数：
  • thread：输出参数，用于存储创建成功的线程 ID（需预先定义）。
  • attr：线程属性，通常设为NULL表示使用默认属性（如默认栈大小、非分离属性）。
  • start_routine：函数指针，指向线程的回调函数（线程的执行逻辑入口，即线程的工作空间）。
  • arg：传递给回调函数的参数（可传递任意类型数据，需通过指针转换）。
• 返回值：成功返回 0，失败返回对应的错误码。

2. 获取当前线程 ID：pthread_self

pthread_t pthread_self(void);

• 功能：获取当前线程的线程 ID。
• 参数：无。
• 返回值：成功返回当前线程的 ID（类型为pthread_t，通常可转换为unsigned long，格式化输出用%lu），失败返回非 0 值。

3. 线程主动退出：pthread_exit

void pthread_exit(void *retval);

• 功能：让当前线程主动退出，且不会影响同进程的其他线程。
• 参数：retval：线程退出时的返回状态（即 “临死遗言”，可传递任意类型指针，需注意避免返回局部变量指针）。
• 返回值：无。

4. 线程强制退出：pthread_cancel

int pthread_cancel(pthread_t thread);

• 功能：向指定线程发送取消请求，请求结束该线程的执行。
• 参数：thread：需要被取消的线程 ID。
• 返回值：成功返回 0，失败返回非 0 值。

5. 线程资源回收（阻塞方式）：pthread_join

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

• 功能：回收指定线程的资源，该函数具有阻塞特性：若指定线程未结束，调用该函数的线程会阻塞等待，直到目标线程退出。
• 参数：
  • thread：需要回收的子线程 ID。
  • retval：输出参数，用于存储目标线程退出时的返回状态（对应pthread_exit的参数）。
• 返回值：成功返回 0，失败返回非 0 值。

6. 设置线程分离属性：pthread_detach

int pthread_detach(pthread_t thread);

• 功能：为指定线程设置分离属性，设置后，线程退出时其资源（栈区）会被系统自动回收，无需调用pthread_join。
• 注意：线程设置分离属性后，无法再通过pthread_join回收资源。
• 参数：thread：需要设置分离属性的线程 ID（可传入自身线程 IDpthread_self()）。
• 返回值：成功返回 0，失败返回非 0 值。