Linux編程基礎——線程概述

有的時候，我們需要在一個基礎中同時運行多個控制流程程。例如：一個圖形介面的下載軟體，在處理下載任務的同時，還必須響應介面的對任務的停止，刪除等控制操作。這個時候就需要用到線程來實現並行作業。

和訊號處理函數的控制在處理完訊號之後就結束不同的時，而多線程的控制流程程可以長期並存，作業系統會在各線程之間調度和切換，就像在多個進程之間調度和切換一樣，但建立線程開銷要比進程小得多。因此，線程往往也被稱作輕量級的進程。

由於同一進程的多個線程共用同一地址空間，資料區段是共用的，如果定義一個全域變數，在各線程中都可以訪問到。但有，些資源依然是每個線程各有一份的：

• 線程id
• 上下文，包括各種寄存器的值、程式計數器和棧指標
• 棧空間
• errno變數
• 訊號屏蔽字
• 調度優先順序

我們一般用到的是由POSIX標準定義的線程庫函數，稱為POSIX thread或者pthread。在Linux上線程函數位於libpthread共用庫中，因此在編譯時間要加上-lpthread選項。

建立線程

在POSIX庫中，建立線程是通過函數實現的，它的聲明如下：

    #include <pthread.h>

    int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,

                        void *(*start_routine) (void *), void *arg);

它有四個參數，

• 第一個參數thread為建立後的線程標識符的指標。
• 第二個參數attr為線程屬性，可選為PTHREAD_CREATE_DETACHED（分離線程）和 PTHREAD _CREATE_JOINABLE（非分離線程），一般是直接用NULL。
• 第三個參數start_routine為線程的運行函數
• 第四個參數arg為線程運行函數的參數
• 建立成功時，返回0，失敗是返回錯誤碼。這個和其它的系統函數失敗返回-1，由errno返回錯誤碼不大一樣。

一個簡單的樣本如下：

    #include <stdio.h>
    #include
<string.h>
    #include
<stdlib.h>
    #include
<pthread.h>
    #include
<unistd.h>

    void* thr_fn(void *arg)
    {
        pid_t pid = getpid();
        pthread_t tid = pthread_self();

        printf("%s pid %u tid %u (0x%x)\n", arg, (unsigned
int)pid,    (unsigned
int)tid, (unsigned
int)tid);

        return NULL;
    }

    int main(void)
    {
        pthread_t ntid = {0};

        int err = pthread_create(&ntid, NULL, thr_fn, (void*)"new thread: ");
        if (err != 0)
        {
            fprintf(stderr, "can't create thread: %s\n", strerror(err));
            exit(1);
        }

        void *tret;
        pthread_join(ntid, &tret);
        printf("thread exited\n");

        return 0;
    }

當我們編譯這段程式時，會發現如下錯誤：

    tianfang@linux-k36c:/mnt/share/test> make
    make: Warning: File `Makefile' has modification time 0.48 s in the future
    g++ -o run main.o
    main.o: In function `main':
    /mnt/share/test/main.cpp:20: undefined reference to `pthread_create'
    collect2: error: ld returned 1 exit status
    make: *** [run] Error 1
    tianfang@linux-k36c:/mnt/share/test>

這是一個連結錯誤，它的意思是找不到pthread_create函數的定義。這是因為在Linux上線程函數位於libpthread共用庫中，因此在編譯時間要加上-lpthread選項。

等待線程結束

有的時候，我們需要等待線程結束，此時才能繼續執行後面的事情。拿前面的例子來說，如果不等待線程結束，則主線程（main函數）會直接往下執行導致程式退出，線程函數都無法得到執行。

pthread庫中等待線程結束的函數是pthread_join，它的聲明如下：

    #include
<pthread.h>
    int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

它有兩個參數，第一個參數是線程標識符，第二個參數是個出參，使用者擷取線程函數的傳回值。pthread_join在前面的例子中已經有示範，這裡就不再介紹了。

終止線程

終止線程的方法一般來說有如下幾種：

• 線程函數調用return終止自己
  
• 線程調用pthread_exit終止自己
  
• 線程可以調用pthread_cancel終止同一進程中的其它線程
  

其中，方法1和方法2都是通過結束線程函數來實現主動退出的，它們是比較常用的方法。方法3則是一種強制終止的做法，這個方法一個問題就是導致對象的解構函式可能無法執行，會出現資源泄漏，並不推薦用這種方法。