创建一个新的线程的代价比创建一个进程小得多。创建一个线程虽然也需要创建数据结构，但是并不需要重新开辟资源，只需要将进程的部分资源分配给线程。创建一个进程不仅需要创建大量数据结构，还需要重新创建资源。
与进程之间的切换相比，线程之间的切换需要操作系统做的工作少。线程只是进程的部分资源，切换的资源少。
线程占用的资源比进程少
能充分利用多处理器的可并行数量。
在等待慢速的I/O操作结束的同时，程序可以执行其它的计算任务
计算密集型应用，为了能在多处理器系统上运行，将计算分解到多个线程中实现。
I/O密集型应用，为了提高性能，将I/O操作重叠，线程可以同时等待不同的I/O操作。I/O操作是与外设交互数据，会很慢。

1.3 线程缺点

性能缺失

一个处理器只能处理一个线程，如果线程数比可用处理器数多，会有较大的性能损失，会增加额外的同步和调度开销，而资源不变。

鲁棒性降低

编写多线程时，可能因为共享了不该共享的变量，一个线程修改了该变量会影响另外一个线程。多线程之间变量时同一个变量，多进程之间变量不是同一个变量，写时拷贝。

缺乏访问的控制

进程时访问控制的基本粒度，在一个线程中调用某些OS函数会对整个进程造成影响

编程难度高

1.4 线程异常

线程是进程的执行分支，线程出现异常，就类似进程出异常，进而触发信号机制，终止进程，进程终止该进程内的所有线程也就终止了。

比如：一个线程数显除0或者野指针操作，导致硬件CPU或者MMU出现异常，传给操作系统，操作系统就会发送信号给进程，终止进程。

1.5 线程用途

合理使用多线程，能提高CPU密集型程序的执行效率。但是线程个数不是越多越好，与CPU和核数有关。设置的线程数越多，调度次数增加，同步数增加。
合理利用多线程，能提高I/O密集型程序的用户体验。I/O效率慢，多数时间都在等待。可以同时等待多个I/O，效率会提高。

1.6 Linux进程和线程对比

不同：

进程是资源分配的基本单位
线程是CPU调度的基本单位
线程共享进程的数据，但是也有属于自己的数据
- 线程ID，LWP和pthread_creat，创建线程函数第一个参数。两个线程ID不同
- 一组寄存器，保存线程上下文数据
- 栈：线程有自己的栈，如果每一个线程都共享栈，数据都压到一个栈里，数据就乱了。
- errno，错误信息
- 信号屏蔽字，block位图
- 调度优先级

相同：

进程的多个线程共享同一个进程地址空间，因此数据段和代码段都是共享的，如果定义一个函数，每个线程都可以调用。如果定义一个全局变量，每个进程都可以访问，并且访问到的是同一个。并且线程含共享进程的：

文件描述符表 files_struct
各种信号的处理方式
当前工作目录
用户id和组id

线程与进程的关系：

总结：进程强调独立，但是又不是绝对的独立，比如进程间通信。线程强调共享(共享进程的代码和数据)，但是又不是绝对的共享，线程有自己的数据。

1.7 关于进程和线程的问题

1.7.1 POSIX线程库

由于在Linux中没有真正的线程，所以系统没有提供接口(系统调用)，需要用户自己来编写。但是我们有一个第三方库，供我们来对线程进行操作。

要使用这些库函数需要引入头文件<pthread.h>

链接这些线程函数库时要使用编译器命令"-lpthread"选项

为什么连接线程库要指明库名？标准库不用指明库名？

因为标准库是语言自带的，第三方库不是语言自带的，可能是系统或者是用户自己安装的，线程库是Linux系统安装的，不是语言提供的，对于gcc编译器来说是第三方库。gcc默认连接库是标准库(语言提供的)。编译器命令行参数中没有第三方库的名字。所以给编译器指明库名。

强调：找到库所在路径和使用该路径下的库文件，是两码事。找到路径找不到库，还需要指明库名。标准库中因为编译器命令行中有该库名。

创建线程库函数：

使用函数：

输出：

1.7.2 进程ID和线程ID

在Linux中由于没有真正的线程，目前的线程都是用原生线程库(Nagtive POSIX Thread Library)来实现。在这种实现下，线程又被称作轻量级进程，因为线程仍然使用进程描述符task_struct，但是只是执行进程的部分内容。

没有线程之前，一个进程对应内核的一个进程描述符，对应进程的ID。引入线程之后，一个进程对应了一个或者多个线程，每一个线程作为CPU调度的基本单位，在内核态也有自己的ID。

线程组，多线程的进程，又被称为线程组。每一个线程在内核中都存在一个进程描述符(task_struct)，因为Linux下，用进程来模拟线程。进程结构体中的pid，表明上看是进程ID，其实不是，它实际对应线程ID，进程描述符中的tgid，对应用户层面的进程ID

总结：进程有自己的ID在源码中是tgid，线程也有自己的ID，在源码中是pid 。

进程ID有什么用呢？可以表示线程属于哪个进程的。就可以知道进程有多少线程

在创建线程使用的函数pthread_create的第一个参数返回的也是线程的id但是和这里的线程id，不同，这里的线程id是用来标识线程的，后面有介绍创建线程函数返回的id。

查看线程id：

代码使用的是上面的代码：

LWP显示的是线程ID。

我们发现进程mythread有两个线程，一个线程的id是7854，一个线程的ID是7855。整个进程的ID是7854。

但是有一个线程的ID和进程的ID相同，这不是巧合。线程组(进程)里的第一个线程，在用户态被称为主线程，在内核中被称为group leader。线程中创建的第一个线程，会将该线程的ID设置成和线程组的ID相同。所以线程组内存在一个线程ID和进程ID相同，这个线程为线程组的主线程。

至于线程组的其它线程ID则由内核负责分配。线程组的ID总和主线程ID一致。

一个进程至少有一个线程。如果没有创建线程，该进程就是单线程的单进程。

注意：线程和进程不一样，进程由父子进程的概念，但是在线程了没有，所有进程都是对等的关系。

1.7.3 线程ID和进程地址空间

这里讨论的线程ID就是创建线程函数pthread_create的第一个参数，返回的线程ID。和上面讨论的线程ID不同。

上面讨论的线程ID(LWP)属于进程调度范畴。因为线程是轻量级进程，是操作系统调度的基本单位，所以会需要一个ID来标识给线程。

这里讨论的线程ID，是创建线程函数pthread_create的第一个参数。该内存是线程第三方库为线程在内存中开辟的一块空间。该线程ID指向该空间的起始地址。这个进程ID数据线程库的范畴，线程库的后序操作，就是根据该线程ID来操作的。

为什么返回的是起始地址？

由于Linux没有真正意义上的线程，线程管理需要线程库来做，线程库管理线程也是要先描述再组织，描述如图，组织程一个数组，再返回数组的起始地址。

可以通过函数查询当前线程ID。

1.7.4 线程库与内核线程的关系

Linux没有真正意义上的线程，Linux也没有为线程提供接口。为了管理线程，需要我们自己用户来编写。但是有一个第三方库，POSIX线程库给我们提供了管理线程的功能。但是线程需要内核来调度和执行。

二.线程管理

线程管理是通过第三方库POSIX线程库来进行管理的，线管管理是介绍线程库是如何管理线程的。

2.1线程创建

新线程都是主线程创建的，线程之间的关系都是平等的。

前面有介绍

2.2 线程终止

注意：主线程退出，整个进程就退出了。

只需要某个线程终止而不让进程终止，有三种方法：

从线程函数return，这种情况对主线程不适用，因为主线程退出，整个进程就退出了。
线程可以调用pthread_exit终止。
一个线程可以调用pthread_cancel终止同一进程里的线程。

新线程也可以用pthread_cancel终止主线程

pthread_exit函数：

注意使用return和pthread_exit返回的指针所指向的内存单元必须是全局或者是malloc分配的，不能是在线程函数栈上分配的，因为线程退出时，函数栈帧被释放了。

pthread_cancel函数

注意不能使用exit()，exit的作用是不论在哪里调用，终止进程。

2.3 线程等待

线程为什么需要等待？

新线程都是主线程创建的，主线程需要知道新线程是否正常退出。

已退出的线程，线程库为它开辟的空间还没有被释放，仍然在进程的内存地址空间。线程等待，需要将其空间释放。
创建的新线程不会复用刚才退出线程的地址空间。

可以对比进程的等待。

默认以阻塞方式等待。

线程退出和进程退出一样，有三种状态。

1.代码正常运行，结果正确，正常退出。

2.代码正常运行，结果不正确，不正常退出。

3.代码出现异常，异常退出。

前两种情况以退出码来表述退出情况，后面一种以退出信号来表示。

但是线程等待函数的第2个参数返回的是执行函数的返回值，也就是退出码，没有表示线程异常退出的情况，这是为什么的？

因为某个线程如果运行异常终止，整个进程都会终止。进程异常终止，就属于进程的等待处理的范畴了。不属于线程范畴。比如：一个线程函数有除0操作，硬件MMU发现异常，操作系统收到异常，向该进程发出信号，终止进程。信号处理的单位是进程。

总的来说就是，等待线程只关心正常运行的退出情况，获取退出码。不关心异常退出情况，异常退出情况上升至进程处理范畴。

怎么拿到退出码的？

函数退出时，进程控制块(PCB)种有一个变量，保存退出码。

调用pthread_join函数的线程默认以阻塞方式等待线程id为thread参数的线程终止，线程以不同的方式终止，得到的终止状态不同

如果线程通过return终止，pthread_join函数的第二个参数retval直接指向return后面的返回值。
如果线程通过pthread_exit终止，pthread_join函数的第二个参数retval直接指向pthread_exit参数。
如果线程通过被其它线程调用pthread_cancel终止，pthread_join函数的第二个参数retval直接存放的是一个常数宏PTHREAD CANCELED，值是-1。#define PTHREAD CANCELED (void *)-1。
如果对不关心返回值，可以将ret_val设为NULL。

分别获取上面三种退出情况的退出码：

return

pthread_exit

pthread_cancel

三.线程分离

默认情况下，新创建的线程是joinable的，需要创建新线程的线程等到新线程，新线程退出后需要对其进行pthread_join操作，否则无法释放资源，造成内存泄漏。
如果不关心返回值，我们可以告诉系统，将线程分离，当线程退出后，自动释放线程资源。

注意：可以是线程组内其它线程对目标线程分离，也可以是线程分离自己。

创建新线程的线程，不关心新线程的返回值，可以使用线程分离。

但是线程虽然分离了，当分离的线程因为异常终止，依然会导致进程终止。

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