Linux学习之系统编程6(线程)

2024-01-07 18:28:31

写在前面:

我的Linux的学习之路非常坎坷。第一次学习Linux是在大一下的开学没多久,结果因为不会安装VMware就无疾而终了,可以说是没开始就失败了。第二次学习Linux是在大一下快放暑假(那个时候刚刚过完考试周),我没什么事做就又重拾Linux,不服输的我选择再战Linux,这一次学习还算顺利,虽然中间有些小插曲但是不影响整体学习进度, 我看着B站上的视频一点点学习Linux,基本上把Linux的基础指令学完了。学完之后我又遇到问题了,视频基本上到这就结束了,而我却不知道下一步该学什么,于是就没怎么碰Linux,结果没过多长时间我就把学的Linux指令忘的一干二净。现在是我第三次学习Linux,我决定重新开始学Linux,同时为了让自己学习的效果更好,我选择以写blog的形式逼迫自己每天把学习到的Linux知识整理下来。这也就是我写这个系列blog的原因。


进程组和会话

进程组(别名:作业)

  • 多个进程的集合,每个进程都属于一个进程组,简化对多个进程的管理,waitpidkill函数的参数中用到。
  • 父进程创建子进程的时候默认父子进程属于同一进程组。进程组的ID第一个进程ID(组长进程),组长进程id进程组id,组长进程可以创建一个进程组,创建该进程组中的进程,然后终止。
  • 只要有一个进程存在,进程组就存在,生存期与组长进程是否终止无关
  • kill -SIGKILL -进程组id 杀掉整个进程组
  • 一个进程可以为自己或子进程设置进程组id

会话

多个进程组的集合
1
创建会话的注意事项

  • 调用进程不能是进程组组长,该进程变成新会话首进程(平民)
  • 该进程成为一个新进程组的组长进程
  • 需要root权限(ubuntu不需要)
  • 新会话丢弃原有的控制终端,该会话没有控制终端
  • 该调用进程是组长进程,则出错返回
  • 建立新会话时,先调用fork,父进程终止,子进程调用setsid

getpid函数

pid_t getpid(pid_t pid)

  • 功能:获取当前进程的会话id
  • 返回值:
    • 成功,返回调用进程的会话id
    • 失败,-1,设置errno

setsid函数

pid_t setsid()

  • 功能:创建一个会话,并以自己的id设置进程id,同时也是新会话id
  • 返回值:
    • 成功,返回调用进程的会话id
    • 失败,-1,设置errno

守护进程

概念和特点

  • daemon进程。通常运行与操作系统后台,脱离控制终端。一般不与用户直接交互。周期性的等待某个事件发生或者周期性执行某一动作。
  • 不受用户登录注销影响,通常采用以d结尾的命名方式。
  • 创建守护进程的关键是调用setsid()函数创建一个新的 session,并成为session leader.

步骤

  1. fork子进程,让父进程终止。
  2. 子进程调用 setsid() 创建新会话
  3. 通常根据需要,改变工作目录位置 chdir(), 防止目录被卸载。
  4. 通常根据需要,重设umask文件权限掩码,影响新文件的创建权限。(一般设置为022)
  5. 通常根据需要,关闭/重定向 文件描述符.
  6. 守护进程 业务逻辑。

举个栗子

源代码:

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>

int main()
{
	pid_t pid;
	pid=fork();
	if(pid>0)
	{
		printf("i am parent,my session id is %d\n",getsid(getpid()));
		exit(1);
	}
	printf("i am child,my session id is %d\n",getsid(getpid()));
	int res=setsid();
	if(res<0)
	{
		perror("getsid error");
		exit(1);
	}	
	printf("i am child, my session id has changed to %d\n",res);
	umask(0002);
	close(STDIN_FILENO);
	int fd=open("/dev/null",O_RDWR);
	dup2(fd,STDOUT_FILENO);
	dup2(fd,STDERR_FILENO);
	while(1);
}

效果:
2
3

这个daemon不会受用户登录注销影响,想要终止必须使用kill命令


线程的基本概念

进程:有独立的 进程地址空间。有独立的pcb。 分配资源的最小单位。
线程:有独立的pcb。没有独立的进程地址空间。 最小单位的执行。
1
ps -Lf 线程id——> 线程号LWP,CPU执行的最小单位
ps -Lf 进程号——> 查看进程的线程

线程共享: ./text./data ./rodataa ./bsss heap —> 共享【全局变量】(errno
线程非共享:栈空间(内核栈、用户栈)

三级映射

  1. 轻量级线程,存在pcb,创建线程使用的底层函数和进程一样,都是clone
  2. 从内核看进程和线程一样,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. 进程可以变成线程
  4. 线程可以看成寄存器和栈的集合
  5. 线程是最小的执行单位,进程是最小的资源分配的单位
    2

创建线程

pthread_self()函数

pthread_t pthread_self();

  • 功能:获取线程id。线程id是在【进程】地址空间内部,用来标识线程身份的id号。
  • 返回值:本线程的id号。

pthread_create()函数

int pthread_create(pthread_t* tid,const pthread_attr_t* attr,void* (*start_rountn)(void*),void* arg);

  • 功能:创建子线程
  • 参数
    • tid:传出参数,表示新创建的子线程id
    • attr:线程属性,一般传NULL表示默认属性。
    • start_rountn:子线程回调函数。创建成功,pthread返回时,该函数自动被调用。
    • arg:回调函数的参数,没有的话,传NULL.
  • 返回值:
    • 成功,0
    • 失败,返回错误号ret

这里要注意,线程里错误检查和其他地方有些不一样。线程出错是只有errno
所以:fprintf(stderr,"XXXX error:%s\n",strerror(ret)

举个栗子

源代码:

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

void fun(void * arg)
{
	int i=(int) arg;
	sleep(i);
	printf("i am %dth pthread,my pid is %d,my tid is %lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}


int main()
{
	pthread_t tid;
	for(int i=0;i<5;i++)
	{
		int res=pthread_create(&tid,NULL,fun,(void*)i);
		if(res!=0)
		{
			fprintf(stderr,"pthread create error:%s\n",strerror(res));
			exit(1);
		}
	}
	sleep(5);
	printf("i am main,pid=%d,tid=%lu\n",getpid(),pthread_self());
	return 0;
}

效果:
1

编译时会出现类型强转的警告,指针4字节转int的8字节,不过不存在精度损失,忽略就行。


退出线程

pthread_exit()

  • 功能:退出当前线程
  • 参数:退出值,无退出值时传NULL

区分

  • exit();:退出当前进程
  • return :返回到函数调用者那里
  • pthread_exit():退出当前线程

举个栗子

为了更好的说明三种方式的区别,我们还是用上面创建五个子线程的例子,只不过我们要退出第三个子线程。我们分别用这三种方式来试试。

exit

源代码:

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

			//the first way,use exit.
void fun(void* arg)
{
	int i=(int) arg;
	sleep(i);
	if(i==2)
		exit(1);
	printf("i am %dth pthread,my pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}


/* 			the second way,use pthread_exit().
void fun(void* arg)
{
	int i=(int) arg;
	sleep(i);
	if(2==i)
		pthread_exit(1);
	printf("i am %dth pthread,my pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}
*/

/*			the third way,use return.
void fun(void* arg)
{
	int i=(int) arg;
	sleep(i);
	if(2==i)
		return NULL;
	printf("i am %dth pthread,my pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}
*/

int main()
{
	pthread_t tid;
	for(int i=0;i<5;i++)
	{
		int res=pthread_create(&tid,NULL,fun,(void*)i);
		if(res!=0)
		{
			fprintf(stderr,"pthread_create error %s\n",strerror(errno));
			exit(1);
		}
	}
	sleep(5);
	printf("i am main,my pid is %d,tid=%lu\n",getpid(),pthread_self());
	return 0;
}

效果:
1

pthread_exit()

源代码:

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

/*			//the first way,use exit.
void fun(void* arg)
{
	int i=(int) arg;
	sleep(i);
	if(i==2)
		exit(1);
	printf("i am %dth pthread,my pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}
*/

 			//the second way,use pthread_exit().
void fun(void* arg)
{
	int i=(int) arg;
	sleep(i);
	if(2==i)
		pthread_exit(1);
	printf("i am %dth pthread,my pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}


/*			the third way,use return.
void fun(void* arg)
{
	int i=(int) arg;
	sleep(i);
	if(2==i)
		return NULL;
	printf("i am %dth pthread,my pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}
*/

int main()
{
	pthread_t tid;
	for(int i=0;i<5;i++)
	{
		int res=pthread_create(&tid,NULL,fun,(void*)i);
		if(res!=0)
		{
			fprintf(stderr,"pthread_create error %s\n",strerror(errno));
			exit(1);
		}
	}
	sleep(5);
	printf("i am main,my pid is %d,tid=%lu\n",getpid(),pthread_self());
	return 0;
}

效果:
2

return

源代码:

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

/*			//the first way,use exit.
void fun(void* arg)
{
	int i=(int) arg;
	sleep(i);
	if(i==2)
		exit(1);
	printf("i am %dth pthread,my pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}
*/

/* 			//the second way,use pthread_exit().
void fun(void* arg)
{
	int i=(int) arg;
	sleep(i);
	if(2==i)
		pthread_exit(1);
	printf("i am %dth pthread,my pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}
*/

			//the third way,use return.
void fun(void* arg)
{
	int i=(int) arg;
	sleep(i);
	if(2==i)
		return NULL;
	printf("i am %dth pthread,my pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}


int main()
{
	pthread_t tid;
	for(int i=0;i<5;i++)
	{
		int res=pthread_create(&tid,NULL,fun,(void*)i);
		if(res!=0)
		{
			fprintf(stderr,"pthread_create error %s\n",strerror(errno));
			exit(1);
		}
	}
	sleep(5);
	printf("i am main,my pid is %d,tid=%lu\n",getpid(),pthread_self());
	return 0;
}

效果:
2


回收子线程

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

  • 功能:阻塞,回收子线程
  • 参数:
    • tid:待回收的子线程id
    • retval:传出参数,回收线程的退出值。
  • 返回值:
    • 成功,0
    • 失败,返回错误号

举个栗子

源代码:

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
struct stu
{
	int age;
	char mesg[100];
};

void* fun(void* arg)
{
	struct stu* t;
	t=malloc(sizeof t);
	t->age=19;
	strcpy(t->mesg,"hellow linux\n");
	return (void*)t;
}

int main()
{
	pthread_t tid;
	pthread_create(&tid,NULL,fun,NULL);
	struct stu *temp;
	pthread_join(tid,(void**)&temp);
	printf("child pthread exit with age=%d,mesg=%s\n",temp->age,temp->mesg);
	return 0;
}

效果:
1

综合练习

我们利用pthread_join循环回收创建的5子线程
源代码:

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

void* fun(void* arg)
{
	int i=(int) arg;
	sleep(i);
	printf("i am %dth pthread\n",i+1);
	return NULL;
}

int main()
{
	pthread_t tid[5];
	for(int i=0;i<5;i++)
	{
		int ret=pthread_create(&tid[i],NULL,fun,(void*) i);
		if(0!=ret)
		{
			fprintf(stderr,"pthread_create error:%s\n",strerror(ret));
			exit(0);
		}
	}
	for(int i=0;i<5;i++)
	{
		pthread_join(tid[i],NULL);
		printf("i am main pthread,i join %dth pthread\n",i+1);
	}
	return 0;
}

效果:
1


杀死线程

函数

int pthread_cancel(pthread_t tid);

  • 功能: 杀死一个线程。(需要达到取消点)
  • 参数:tid待杀死的线程
  • 返回值:
    • 成功,0
    • 失败,返回错误号

举个栗子

源代码:

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


void* fun(void* arg)
{
	while(1)
	{
		printf("i am child pthread\n");		//this is a normal case
		sleep(1);

		//pthread_testcancel();			//this is to set cancel point
	}
	return (void*) 666;
}


int main()
{
	pthread_t tid;
	void* res=NULL;

	pthread_create(&tid,NULL,fun,NULL);
	sleep(3);
	pthread_cancel(tid);
	pthread_join(tid,&res);
	printf("child pthread has been killed me,and it exit with %d\n",(int) res);
	return 0;
}

效果:
1

这里要注意一点,pthread_cancel工作的必要条件是进入内核,如果fun真的离谱到没有进入内核pthread_cancel不能杀死线程,此时需要手动设置取消点,就是pthread_testcancel()
还有一点,如果子线程被pthread_cancel()杀死,无论函数里写的是返回是什么,最后都是返回-1.


线程分离

函数

int pthread_detach(pthread_t tid);

  • 功能:设置线程分离
  • 参数:tid,待分离的线程id
  • 返回值:
    • 成功,0
    • 失败,返回错误号

举个栗子

源代码:

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

void* fun(void* arg)
{
	 printf("i am child pthread\n");
	 return NULL;
}

int main()
{
	pthread_t tid;

	pthread_create(&tid,NULL,fun,NULL);
	pthread_detach(tid);
	sleep(1);
	int res=pthread_join(tid,NULL);
	if(res!=0)
		fprintf(stderr,"pthread join error:%s\n",strerror(res));
	return 0;
}

效果:
1


线程属性设置分离线程

  1. 创建一个线程属性结构变量:pthread_attr_t attr;
  2. 初始化线程属性:pthread_attr_init(&attr)
  3. 设置线程属性为分离态:pthread_attr_setdetachstate(&attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED);
  4. 借助修改后的 设置线程属性 创建为分离态的新线程:pthread_create(&tid,&attr,fun,NULL)

线程和进程的比较

进程线程
fork()pthread_create()
wait()/waitpid()pthread_join()
killpthread_cancel()
getpidpthread_self()
exitpthread_exit()/return
pthread_detach()

线程使用注意事项

  1. 主线程退出其他线程不退出,主线程应该调用pthread_exit
  2. 避免僵尸线程
    • pthread_join
    • thread_detach
    • pthread_create指定分离属性
    • join线程可能在join函数返回前就释放自己的所有内存资源,所以不应当返回被回收线程栈中的值
  3. mallocmmap申请的内存可以被其他线程释放
  4. 应避免在多线程中调用fork,除非马exec,子线程中只有调用fork的线程存在,其他线程在子进程中均pthread_exit
  5. 信号的复杂语义很难和多线程共存,在多线程中避免使用信号机制

写在最后

个人亲身经验:我们学习的一系列Linux命令,一定要自己亲手去敲。不要只是看别人敲代码,不要只是停留在眼睛看,脑袋以为自己懂了,等你实际上手去敲会发现许许多多的这样那样的问题。毕竟“实践出真知”。


如果你觉得我写的题解还不错的,请各位王子公主移步到我的其他题解看看

  1. 数据结构与算法部分(还在更新中):
  1. Linux部分(还在更新中):

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“种一颗树最好的是十年前,其次就是现在”
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“让我们一起努力吧,去奔赴更高更远的山海”
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文章来源:https://blog.csdn.net/yourgrandfather_/article/details/135438595
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