1.线程的概念
1.1 什么是线程
LWP：light weight process 轻量级的进程，本质仍是进程(在Linux环境下)
进程：独立地址空间，拥有PCB
线程：也有PCB，但没有独立的地址空间(共享)
区别：在于是否共享地址空间。 独居(进程)；合租(线程)。
Linux下：
线程：最小的执行单位
进程：最小分配资源单位，可看成是只有一个线程的进程。
1.2 Linux内核线程实现原理
类Unix系统中，早期是没有“线程”概念的，80年代才引入，借助进程机制实现出了线程的概念。因此在这类系统中，进程和线程关系密切。
1.轻量级进程(light-weight process)，也有PCB，创建线程使用的底层函数和进程一样，都是clone
2.从内核里看进程和线程是一样的，都有各自不同的PCB，但是PCB中指向内存资源的三级页表是相同的
3.进程可以蜕变成线程
4.线程可看做寄存器和栈的集合
5.在linux下，线程最是小的执行单位；进程是最小的分配资源单位
察看LWP号：ps –Lf pid 查看指定线程的lwp号
三级映射：进程PCB -->页目录(可看成数组，首地址位于PCB中) -->页表 -->物理页面 -->内存单元
对于进程来说，相同的地址(同一个虚拟地址)在不同的进程中，反复使用而不冲突。原因是他们虽虚拟址一样，但，页目录、页表、物理页面各不相同。相同的虚拟址，映射到不同的物理页面内存单元，最终访问不同的物理页面。
但！线程不同！两个线程具有各自独立的PCB，但共享同一个页目录，也就共享同一个页表和物理页面。所以两个PCB共享一个地址空间。
实际上，无论是创建进程的fork，还是创建线程的pthread_create，底层实现都是调用同一个内核函数clone。 如果复制对方的地址空间，那么就产出一个“进程”；如果共享对方的地址空间，就产生一个“线程”。 因此：Linux内核是不区分进程和线程的。只在用户层面上进行区分。所以，线程所有操作函数 pthread_* 是库函数，而非系统调用。
1.3 线程共享资源
1.文件描述符表
2.每种信号的处理方式
3.当前工作目录
4.用户ID和组ID
5.内存地址空间 (.text/.data/.bss/heap/共享库)
1.4 线程非共享资源
1.线程id
2.处理器现场和栈指针(内核栈)
3.独立的栈空间(用户空间栈)
4.errno变量
5.信号屏蔽字
6.调度优先级
1.5 线程优、缺点
优点： 1. 提高程序并发性 2. 开销小 3. 数据通信、共享数据方便
缺点： 1. 库函数，不稳定 2. 调试、编写困难、gdb不支持 3. 对信号支持不好
优点相对突出，缺点均不是硬伤。Linux下由于实现方法导致进程、线程差别不是很大。
2.线程控制原语
2.1 pthread_self函数
获取线程ID。其作用对应进程中 getpid() 函数。
pthread_t pthread_self(void); 返回值：成功：0； 失败：无！
线程ID：pthread_t类型，本质：在Linux下为无符号整数(%lu)，其他系统中可能是结构体实现
线程ID是进程内部，识别标志。(两个进程间，线程ID允许相同)
注意：不应使用全局变量 pthread_t tid，在子线程中通过pthread_create传出参数来获取线程ID，而应使用pthread_self。
2.2 pthread_create函数
创建一个新线程。 其作用，对应进程中fork() 函数。
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
返回值：成功：0； 失败：错误号 -----Linux环境下，所有线程特点，失败均直接返回错误号。
参数：
pthread_t：当前Linux中可理解为：typedef unsigned long int pthread_t;
参数1：传出参数，保存系统为我们分配好的线程ID
参数2：通常传NULL，表示使用线程默认属性。若想使用具体属性也可以修改该参数。
参数3：函数指针，指向线程主函数(线程体)，该函数运行结束，则线程结束。 参数4：线程主函数
在一个线程中调用pthread_create()创建新的线程后，当前线程从pthread_create()返回继续往下执行，而新的线程所执行的代码由我们传给pthread_create的函数指针start_routine决定。start_routine函数接收一个参数，是通过pthread_create的arg参数传递给它的，该参数的类型为void *，这个指针按什么类型解释由调用者自己定义。start_routine的返回值类型也是void *，这个指针的含义同样由调用者自己定义。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
线程与共享：线程间共享全局变量！ 线程默认共享数据段、代码段等地址空间，常用的是全局变量。而进程不共享全局变量，只能借助mmap。
2.3 pthread_exit函数
将单个线程退出
void pthread_exit(void *retval);
参数：retval表示线程退出状态，通常传NULL
PS:
线程中，禁止使用exit函数，会导致进程内所有线程全部退出。
pthread_exit或者return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者是用malloc分配的，不能在线程函数的栈上分配，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。
2.4 pthread_join函数
阻塞等待线程退出，获取线程退出状态 其作用，对应进程中 waitpid() 函数。
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval); 成功：0；失败：错误号
参数：thread：线程ID
retval：存储线程结束状态。
对比记忆：
进程中：main返回值、exit参数-->int；等待子进程结束 wait 函数参数-->int *
线程中：线程主函数返回值、pthread_exit-->void *；等待线程结束 pthread_join 函数参数-->void **
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，retval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，retval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，retval所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数。
4. 如果对thread线程的终止状态不感兴趣，可以传NULL给retval参数。
2.5 pthread_detach函数
实现线程分离
int pthread_detach(pthread_t thread); 成功：0；失败：错误号
线程分离状态：指定该状态，线程主动与主控线程断开关系。线程结束后，其退出状态不由其他线程获取，而直接自己自动释放。网络、多线程服务器常用。
进程若有该机制，将不会产生僵尸进程。僵尸进程的产生主要由于进程死后，大部分资源被释放，一点残留资源仍存于系统中，导致内核认为该进程仍存在。
也可使用 pthread_create函数参2(线程属性)来设置线程分离。
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。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错误。也就是说，如果已经对一个线程调用了pthread_detach就不能再调用pthread_join了。
2.6 pthread_cancel函数
杀死(取消)线程 其作用，对应进程中 kill() 函数。
int pthread_cancel(pthread_t thread); 成功：0；失败：错误号
PS：线程的取消并不是实时的，而有一定的延时。需要等待线程到达某个取消点(检查点)。
类似于玩游戏存档，必须到达指定的场所(存档点，如：客栈、仓库、城里等)才能存储进度。杀死线程也不是立刻就能完成，必须要到达取消点。
取消点：是线程检查是否被取消，并按请求进行动作的一个位置。通常是一些系统调用creat，open，pause，close，read，write.....执行命令man 7 pthreads可以查看具备这些取消点的系统调用列表。
可粗略认为一个系统调用(进入内核)即为一个取消点。如线程中没有取消点，可以通过调用pthread_testcancel函数自行设置一个取消点。
被取消的线程， 退出值定义在Linux的pthread库中。常数PTHREAD_CANCELED的值是-1。可在头文件pthread.h中找到它的定义：#define PTHREAD_CANCELED ((void *) -1)。因此当我们对一个已经被取消的线程使用pthread_join回收时，得到的返回值为-1。
终止线程方式
总结：终止某个线程而不终止整个进程，有三种方法：
1. 从线程主函数return。这种方法对主控线程不适用，从main函数return相当于调用exit。
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。
2.7 pthread_equal函数
比较两个线程ID是否相等。
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);
2.8.控制原语对比
进程 线程
fork pthread_create
exit pthread_exit
wait pthread_join
kill pthread_cancel
getpid pthread_self 命名空间
2.9 DEMO
创建多线程，并且回收子线程，打印子线程返回的信息
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
const int N = 5;
void * thread(void *arg){
cout << "thread " << *(int *)arg << " was created" << endl;
char * msg = new char [20];
sprintf(msg, "thread %d exit!", *(int *)arg);
pthread_exit((void *)msg);
}
int main(){
pthread_t pt[N];
int td[N];
char * str = NULL;
for(int i = 0; i < N; ++i){
td[i] = i+1;
if(pthread_create(&pt[i], NULL, thread, (void *)&td[i]) == -1){
perror("pthread create error");
exit(1);
}
}
for(int i = 0; i < N; ++i){
if(pthread_join(pt[i], (void **)&str) != 0){
perror("pthread_join error");
exit(1);
}
if(str != NULL){
cout << str << endl;
}
delete str;
}
return 0;
}
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