??一、概述

Linux線程庫接口包括線程的創(chuàng)建、 退出、 取消和分離， 以及連接已經(jīng)終止的線程， 互斥量， 讀寫鎖，線程的條件等待等。

在代碼里使用到上述接口函數(shù)時，使用gcc編程過程中需要加-pthread選項。

本文將介紹線程創(chuàng)建相關(guān)的一些知識，從pthread_create開始，然后依次介紹該函數(shù)第一個參數(shù)相關(guān)的線程ID，以及第二個函數(shù)相關(guān)的線程屬性。

??二、線程的創(chuàng)建 pthread_create

程序開始啟動的時候， 產(chǎn)生的進程只有一個線程， 我們稱之為主線程或初始線程。 對于單線程的進程而言， 只存在主線程一個線程。 如果想在主線程之外， 再創(chuàng)建一個或多個線程， 就需要 pthread_create 函數(shù)。

pthread_create 函數(shù)原型：

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
   					void *(*start_routine) (void *), void *arg);

Compile and link with -pthread.

• 函數(shù)描述：函數(shù) pthread_create 在調(diào)用過程中啟動一個新線程。新線程通過調(diào)用 start_routine 參數(shù)指向的函數(shù)開始執(zhí)行；arg參數(shù)作為 start_routine 的唯一參數(shù)傳遞。
• 函數(shù)參數(shù)：
  • thread：傳出參數(shù)，thread參數(shù)是 pthread_t 類型的指針，線程創(chuàng)建成功的話，會將分配的線程ID填入該指針指向的地址。線程的后續(xù)操作將使用該值作為線程的唯一標(biāo)識。
  • attr：傳入?yún)?shù)，第二個參數(shù)是 pthread_attr_t 類型，通過該參數(shù)可以定制線程的屬性，比如可以指定新建線程棧的大小、調(diào)度策略等。 如果創(chuàng)建線程無特殊的要求， 該值也可以是NULL， 表示采用默認(rèn)屬性。
  • start_routine：傳入?yún)?shù)，第三個參數(shù)是線程需要執(zhí)行的函數(shù)。創(chuàng)建線程，是為了讓線程執(zhí)行一定的任務(wù)。線程創(chuàng)建成功之后，該線程就會執(zhí)行start_routine函數(shù)，該函數(shù)之于線程，就如同 main 函數(shù)之于主線程。
  • arg：第四個參數(shù)是新建線程執(zhí)行的 start_routine 函數(shù)的入?yún)?。新建線程如果想要正常工作，則可能需要入?yún)?，那么主線程在調(diào)用 pthread_create 的時候，就可以將入?yún)⒌闹羔樂湃氲谒膫€參數(shù)以傳遞給新建線程。如果多個入?yún)?，可以使用結(jié)構(gòu)體指針。
• 函數(shù)返回值：如果成功，則 pthread_create 返回0；如果不成功，則 pthread_create 返回一個非0的錯誤碼。pthread_create函數(shù)有點不同， 它會將errno作為返回值， 而不是一個負值。
  • EAGAIN：系統(tǒng)資源不夠，或者創(chuàng)建線程的個數(shù)超過系統(tǒng)對一個進程中線程總數(shù)的限制
  • EINVAL：第二個參數(shù)attr值不合法
  • EPERM：沒有合適的權(quán)限來設(shè)置調(diào)度策略或參數(shù)

通過上面的描述可以看到，pthread_create 是一個"四針"函數(shù)，也就是說它四個參數(shù)都是指針。下面是這個函數(shù)的簡單使用示例：

// 02_pthread_create
// 編譯：gcc 02_pthread_create.c -l pthread
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void *func(void *arg)
{
	int *parg = arg;
	printf("this thread arg is %d \n", *parg);
	return NULL;
}
int main()
{
	int arg=10;
	pthread_t threadId;
	pthread_create(&threadId, NULL, func, &arg);
	while(1); // 讓主線程不退出
	return 0;
}

??三、線程ID

通過 pthread_create 成功創(chuàng)建線程后，第一個參數(shù)會返回所創(chuàng)建線程的線程ID，這個線程ID不同于使用系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)syscall(SYS_gettid)獲得的線程ID。syscall(SYS_gettid)的ID是進程調(diào)度的范疇；而這里返回的線程ID是操作系統(tǒng)調(diào)度器用來標(biāo)識線程的。

pthread_t到底是個什么樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呢？ 因為POSIX標(biāo)準(zhǔn)并沒有限制pthread_t的數(shù)據(jù)類型， 所以該類型取決于具體實現(xiàn)。 對于Linux目前使用的NPTL實現(xiàn)而言， pthread_t類型的線程ID， 本質(zhì)就是一個進程地址空間上的一個地址。

typedef unsigned long int pthread_t;

pthread_t類型在Linux系統(tǒng)中定義在 <bits/pthreadtypes.h>頭文件中，在Ubuntu可以使用命令vi /usr/include/bits/pthreadtypes.h 來查看，其完整定義如上，是unsigned long int類型的。

?2.1 線程ID相關(guān)函數(shù)

關(guān)于線程ID，線程庫NPTL提供了pthread_self、pthread_equal 兩個函數(shù)來操作線程ID，它們的函數(shù)原型如下：

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

Compile and link with -pthread.

pthread_self函數(shù)用于在線程指向函數(shù)中獲取自身線程ID，這個函數(shù)不會調(diào)用失敗，返回值就是線程ID；

pthread_equal函數(shù)用于比較兩個線程ID是否相等，返回值是0的時候， 表示兩個線程是同一個線程， 非零值則表示不是同一個線程。注意，比較線程ID只有在同一個進程中才有意義。

??舉例子：

// 03_pthreadID.c
// gcc 03_pthreadID.c -l pthread
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void *func1(void *arg)
{
	int *parg = arg;
	printf("this thread arg is %d, my threadID is %lx \n", *parg, (unsigned long)pthread_self());
	while(1); // 讓線程不退出
}
void *func2(void *arg)
{
	pthread_t *parg = arg;
	printf("other threadId is %lx, my threadID is %lx \n", (unsigned long)*parg, (unsigned long)pthread_self());
	while(1); // 讓線程不退出
}
int main()
{
	int arg=10;
	pthread_t threadId_1;
	pthread_create(&threadId_1, NULL, func1, &arg);
	pthread_t threadId_2;
	pthread_create(&threadId_2, NULL, func2, &threadId_1);
	if(0 == pthread_equal(threadId_1,threadId_1))
		printf("same threads\n");
	else
		printf("different threads\n");
	while(1); // 讓主線程不退出
	return 0;
}

?2.2 線程ID復(fù)用

在滿足下列條件時， 線程ID就有可能會被復(fù)用：
1） 線程退出。
2） 線程組的其他線程對該線程執(zhí)行了pthread_join， 或者線程退出前將分離狀態(tài)設(shè)置為已分離。
3） 再次調(diào)用pthread_create創(chuàng)建線程。

看例子：

// 04_pthreadID_reuse.c
// gcc 04_pthreadID_reuse.c -l pthread
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void *func(void *arg)
{
	int *parg = arg;
	printf("this thread arg is %d, my threadID is %lx \n", *parg, (unsigned long)pthread_self());
	return NULL;
}

int main()
{
	int arg=10;
	pthread_t threadId;
	pthread_create(&threadId, NULL, func, &arg);
	pthread_join(threadId,NULL); // 等待線程退出
	pthread_create(&threadId, NULL, func, &arg);

	while(1); // 讓主線程不退出
	return 0;
}

運行結(jié)果，可以看到兩次的線程ID是一樣的：

??四、線程屬性

pthread_create 的第二個參數(shù)是線程屬性，先看看 pthread_attr_t 結(jié)構(gòu)體的定義：

typedef struct
{
    int						detachstate;		//線程的分離狀態(tài)
    int						schedpolicy;		//線程調(diào)度策略
    struct sched_param		schedparam;			//線程的調(diào)度參數(shù)
    int						inheritsched;		//線程的繼承性
    int						scope;				//線程的作用域(競爭范圍)
    size_t					guardsize;			//線程棧末尾的警戒緩沖區(qū)大小
    int						stackaddr_set;		//線程的棧設(shè)置
    void *                  stackaddr;			//線程棧的位置
    size_t					stacksize;			//線程棧的大小
}pthread_attr_t;


int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);   
功能：初始化/銷毀線程的屬性結(jié)構(gòu)體

• detachstate：分離狀態(tài)

  • PTHREAD_CREATE_JOINABLE（默認(rèn)值）：線程執(zhí)行完函數(shù)后不會自行釋放資源；
  • PTHREAD_CANCEL_DEFERRED：線程執(zhí)行完函數(shù)后，會自行終止并釋放占用的資源。

  系統(tǒng)提供兩個函數(shù)獲取、設(shè)置分離狀態(tài)。另外，pthread_detach函數(shù)也可以設(shè)置線程分離。

  int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t * attr,int * detachstate);
  int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *sttr，int detachstate);
  

• schedpolicy：調(diào)度策略

  • SCHED_OTHER（默認(rèn)值）：普通策略(分時調(diào)度算法)，按照優(yōu)先級調(diào)度
  • SCHED_FIFO：先進先出。一個FIFO會持續(xù)執(zhí)行，直到線程阻塞、結(jié)束、有更高優(yōu)先級的線程就緒
  • SCHED_RR：輪轉(zhuǎn)策略。給每個線程分配執(zhí)行時間(時間片)，當(dāng)一個線程的時間片耗盡時，下一個線程執(zhí)行

  其中，SCHED_OTHER 調(diào)度算法不支持為線程設(shè)置優(yōu)先級，而另外兩種調(diào)度算法支持。獲取、設(shè)置的函數(shù)如下：

  int pthread_attr_getschedpolicy(const pthread_attr_t *, int * policy)
  int pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_*, int policy)
  

• schedparam：調(diào)度參數(shù)
  用于設(shè)置線程的優(yōu)先級（默認(rèn)值為 0），該屬性僅當(dāng)線程的 schedpolicy 屬性為 SCHED_FIFO 或者 SCHED_RR 時才能發(fā)揮作用。

  int pthread_attr_getschedparam(const pthread_attr_t *attr, struct sched_param *param);
  int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t *attr, const struct sched_param *param);
  struct sched_param param; // sched_param 只有一個字段 sched_priority 
  param.sched_priority = 99;
  

• inheritsched：繼承性

  • PTHREAD_INHERIT_SCHED 調(diào)度屬性(schedpolicy、schedparam)繼承自創(chuàng)建者的
  • PTHREAD_EXPLICIT_SCHED 使用attr創(chuàng)建的線程，從attr指定的值中獲取其調(diào)度屬性(schedpolicy、schedparam)。

  獲取、設(shè)置函數(shù)如下：

  int pthread_attr_setinheritsched(pthread_attr_t *attr,int inheritsched);
  int pthread_attr_getinheritsched(pthread_attr_t *attr,int *inheritsched);
  

• scope：作用域(競爭范圍)

  • PTHREAD_SCOPE_SYSTEM：在系統(tǒng)范圍內(nèi)競爭資源
  • PTHREAD_SCOPE_PROCESS：在進程范圍內(nèi)競爭資源

  線程執(zhí)行過程中，可以只和同進程內(nèi)的其它線程爭奪 CPU 資源，也可以和系統(tǒng)中所有的其它線程爭奪 CPU 資源，scope 屬性用于指定目標(biāo)線程和哪些線程搶奪 CPU 資源。獲取、設(shè)置函數(shù)如下：

  int pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int scope);
  int pthread_attr_getscope(pthread_attr_t *attr, int *scope);
  

• guardsize：線程棧末尾的警戒緩沖區(qū)大小
  每個線程中，棧內(nèi)存的后面都緊挨著一塊空閑的內(nèi)存空間，我們通常稱這塊內(nèi)存為警戒緩沖區(qū)，它的功能是：一旦我們使用的?？臻g超出了額定值，警戒緩沖區(qū)可以確保線程不會因“棧溢出”立刻執(zhí)行崩潰。

  int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *attr, size_t guardsize);
  int pthread_attr_getguardsize(pthread_attr_t *attr, size_t *guardsize);
  

• stackaddr_set：線程的棧設(shè)置

  int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr,void *stackaddr, size_t stacksize);
  int pthread_attr_getstack(pthread_attr_t *attr,void **stackaddr, size_t *stacksize);
  

• stackaddr：線程棧的位置

  int pthread_attr_setstackaddr(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr);
  int pthread_attr_getstackaddr(pthread_attr_t *attr, void **stackaddr);
  

• stacksize：線程棧的大小

  int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize);
  int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize);
  

??舉例子：

// 05_dispaly_attr.c  這是man手冊的一個展示線程屬性的例子，可以仔細研究以下
// gcc 05_dispaly_attr.c -l pthread
#define _GNU_SOURCE     /* To get pthread_getattr_np() declaration */
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>

#define handle_error_en(en, msg) \
	   do { errno = en; perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)

static void
display_pthread_attr(pthread_attr_t *attr, char *prefix)
{
   int s, i;
   size_t v;
   void *stkaddr;
   struct sched_param sp;

   s = pthread_attr_getdetachstate(attr, &i);
   if (s != 0)
	   handle_error_en(s, "pthread_attr_getdetachstate");
   printf("%sDetach state        = %s\n", prefix,
		   (i == PTHREAD_CREATE_DETACHED) ? "PTHREAD_CREATE_DETACHED" :
		   (i == PTHREAD_CREATE_JOINABLE) ? "PTHREAD_CREATE_JOINABLE" :
		   "???");

   s = pthread_attr_getscope(attr, &i);
   if (s != 0)
	   handle_error_en(s, "pthread_attr_getscope");
   printf("%sScope               = %s\n", prefix,
		   (i == PTHREAD_SCOPE_SYSTEM)  ? "PTHREAD_SCOPE_SYSTEM" :
		   (i == PTHREAD_SCOPE_PROCESS) ? "PTHREAD_SCOPE_PROCESS" :
		   "???");

   s = pthread_attr_getinheritsched(attr, &i);
   if (s != 0)
	   handle_error_en(s, "pthread_attr_getinheritsched");
   printf("%sInherit scheduler   = %s\n", prefix,
		   (i == PTHREAD_INHERIT_SCHED)  ? "PTHREAD_INHERIT_SCHED" :
		   (i == PTHREAD_EXPLICIT_SCHED) ? "PTHREAD_EXPLICIT_SCHED" :
		   "???");

   s = pthread_attr_getschedpolicy(attr, &i);
   if (s != 0)
	   handle_error_en(s, "pthread_attr_getschedpolicy");
   printf("%sScheduling policy   = %s\n", prefix,
		   (i == SCHED_OTHER) ? "SCHED_OTHER" :
		   (i == SCHED_FIFO)  ? "SCHED_FIFO" :
		   (i == SCHED_RR)    ? "SCHED_RR" :
		   "???");

   s = pthread_attr_getschedparam(attr, &sp);
   if (s != 0)
	   handle_error_en(s, "pthread_attr_getschedparam");
   printf("%sScheduling priority = %d\n", prefix, sp.sched_priority);

   s = pthread_attr_getguardsize(attr, &v);
   if (s != 0)
	   handle_error_en(s, "pthread_attr_getguardsize");
   printf("%sGuard size          = %ld bytes\n", prefix, v);

   s = pthread_attr_getstack(attr, &stkaddr, &v);
   if (s != 0)
	   handle_error_en(s, "pthread_attr_getstack");
   printf("%sStack address       = %p\n", prefix, stkaddr);
   printf("%sStack size          = 0x%lx bytes\n", prefix, v);
}

static void *
thread_start(void *arg)
{
   int s;
   pthread_attr_t gattr;

   /* pthread_getattr_np() is a non-standard GNU extension that
	  retrieves the attributes of the thread specified in its
	  first argument */

   s = pthread_getattr_np(pthread_self(), &gattr);
   if (s != 0)
	   handle_error_en(s, "pthread_getattr_np");

   printf("Thread attributes:\n");
   display_pthread_attr(&gattr, "\t");

   exit(EXIT_SUCCESS);         /* Terminate all threads */
}

int main(int argc, char *argv[])
{
   pthread_t thr;
   pthread_attr_t attr;
   pthread_attr_t *attrp;      /* NULL or &attr */
   int s;

   attrp = NULL;

   /* If a command-line argument was supplied, use it to set the
	  stack-size attribute and set a few other thread attributes,
	  and set attrp pointing to thread attributes object */

   if (argc > 1) {
	   int stack_size;
	   void *sp;

	   attrp = &attr;

	   s = pthread_attr_init(&attr);
	   if (s != 0)
		   handle_error_en(s, "pthread_attr_init");

	   s = pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
	   if (s != 0)
		   handle_error_en(s, "pthread_attr_setdetachstate");

	   s = pthread_attr_setinheritsched(&attr, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);
	   if (s != 0)
		   handle_error_en(s, "pthread_attr_setinheritsched");

	   stack_size = strtoul(argv[1], NULL, 0);

	   s = posix_memalign(&sp, sysconf(_SC_PAGESIZE), stack_size);
	   if (s != 0)
		   handle_error_en(s, "posix_memalign");

	   printf("posix_memalign() allocated at %p\n", sp);

	   s = pthread_attr_setstack(&attr, sp, stack_size);
	   if (s != 0)
		   handle_error_en(s, "pthread_attr_setstack");
   }

   s = pthread_create(&thr, attrp, &thread_start, NULL);
   if (s != 0)
	   handle_error_en(s, "pthread_create");

   if (attrp != NULL) {
	   s = pthread_attr_destroy(attrp);
	   if (s != 0)
		   handle_error_en(s, "pthread_attr_destroy");
   }

   pause();    /* Terminates when other thread calls exit() */
}

運行結(jié)果，打印一些默認(rèn)值：

??五、總結(jié)

本文介紹了線程創(chuàng)建相關(guān)的內(nèi)容，包括pthread_create函數(shù)的詳細介紹和使用例子，然后依次介紹該函數(shù)第一個參數(shù)相關(guān)的線程ID知識以及第二個參數(shù)相關(guān)的線程屬性知識。讀完完整地了解線程的創(chuàng)建。

補充：
進程的地址空間：
1、Linux系統(tǒng)中，/proc/sys/vm/legacy_va_layout文件的值會影響進程地址空間的布局。默認(rèn)值是0，表示mmap區(qū)域的基地址在棧的下面， mmap區(qū)域從高地址向低地址擴展；若值為1， 那么mmap的基地址mmap_base變?。s在128T的三分之一處），mmap區(qū)域從低地址向高地址擴展。

2、使用命令 pmap PID 或 cat /proc/PID/maps 可以查看進程的地址空間：

如果文章有幫助的話，點贊??、收藏?，支持一波，謝謝 ??????

參考資料：
https://blog.csdn.net/qq_41854911/article/details/118719001
《Linux環(huán)境編程：從應(yīng)用到內(nèi)核》文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-843519.html

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