一、线程基础

1.1 基本概念

1.1.1 背景

进程是资源分配的基本单位，每个进程拥有独立的虚拟地址空间、文件描述符表、全局变量等资源。随着计算机应用复杂度的提升，其局限性逐渐显现（资源开销大，共享数据困难，无法充分利用多核），因此设计了轻量级的进程—线程

1.1.2 线程

线程（Thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位，被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一个进程可以拥有多个线程，这些线程共享进程的内存空间、文件描述符等资源，但每个线程有自己独立的栈空间、寄存器上下文和程序计数器（PC）。相比进程，线程的创建和切换开销更小，适合实现并发任务。

二、线程相关函数

2.1 基本函数

1. 创建线程 pthread_create

​ 在一个已存在的进程中创建一个新的线程，新线程从指定的启动函数开始执行。

多个线程可以同属于一个进程，可以通过命令pstree -p pid，可以查看进程中的线程。

2. 结束线程

pthread_exit	终止当前线程的执行，并设置退出状态
pthread_cancel	向目标线程发送取消请求，使其提前终止。

3.线程资源回收

pthread_join	阻塞版本	阻塞当前线程，等待指定线程终止，并获取其退出状态
pthread_detach	非阻塞版本	将线程标记为“分离”状态，使其终止后自动回收资源(不需要轮询操作)

2.2 错误处理

常用的错误解析函数有perror、strerror，其中perror函数依赖全局变量(errno)，当系统调用或部分库函数执行失败时，会将错误码写入errno,perror函数会根据当前errno输出对应的错误信息。

由于pthread库中有些函数遵循 POSIX 标准的错误处理规范：成功返回0，失败返回错误码（不会修改全局变量 errno），因此不能使用perror，但可以使用strerror。

示例代码

ret = pthread_create(&tid,NULL,pthread_handler,NULL);
    if(ret){
        fprintf(stderr,"failed:%s\n",strerror(ret));
        exit(-1);
    }

2.3 同步与互斥

在多线程编程中，线程同步与互斥是解决共享资源竞争、确保程序正确性的核心技术。由于多线程共享进程的内存空间，当多个线程同时访问共享资源（如变量、文件、网络连接等）时，可能导致数据不一致或逻辑错误。

2.3.1 基本概念

• • 同步是指多个线程按特定顺序执行，确保操作的先后顺序符合业务逻辑。
  • 互斥是指多个线程对共享资源的独占访问：同一时间仅允许一个线程操作共享资源，避免数据被破坏。

2.3.2 信号量

原理：信号量是一个计数器（sem_t），表示可用资源的数量。线程通过 sem_wait() 减少计数器（若计数器为0则阻塞），通过 sem_post() 增加计数器（唤醒等待线程）

pthread库 信号量 常用函数有

典型用法： 1.实现同步效果 2.实现互斥效果

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);	初始化
int sem_wait(sem_t *sem);	获取信号量（-1） 等待	P操作（Proberen）
int sem_post(sem_t *sem);	释放信号量（+1） 发布	V操作（Verhogen）
int sem_destroy(sem_t *sem);	销毁

2.3.3 互斥锁

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr);	初始化
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);	加锁
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);	解锁
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);	销毁

函数备注

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine) (void *), void *arg);
/********************************************************************************* 
Description：创建线程
Input:thread：线程id  
      attr：线程属性 默认NULL
      start_routine：线程函数
      arg：参数
   
Return：成功创建返回值为0，错误返回错误号。 
other: 不能用perror()进行打印，采用strerror();
**********************************************************************************/                          
                          
pthread_t pthread_self(void);  //返回线程id      
        
void pthread_exit(void *retval);
/********************************************************************************* 
Description：线程退出
Input:retval：线程退出状态
Return：无
**********************************************************************************/

int pthread_cancel(pthread_t thread);
/********************************************************************************* 
Description：取消线程
Input:thread：线程id
Return：成功创建返回值为0，错误返回错误号。 
**********************************************************************************/

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
/********************************************************************************* 
Description：阻塞等待线程退出，回收线程的资源
Input:thread：线程id  
      retval：线程的状态
Return：成功创建返回值为0，错误返回错误号
**********************************************************************************/

int pthread_detach(pthread_t thread);
/********************************************************************************* 
Description：线程在运行结束后会自动释放系统分配的资源 
Input:thread：线程id  
Return：成功创建返回值为0，错误返回错误号
**********************************************************************************/

int  sem_init(sem_t *sem,  int pshared,  unsigned int value);  
/********************************************************************************* 
Description：    信号量初始化
Input:    sem：信号量
        pshared:指明信号量的类型,共享区域(0:线程间,1:进程间)
        value：信号量初值
Return：成功返回0， 出错返回-1
**********************************************************************************/

int sem_wait(sem_t *sem);
/********************************************************************************* 
Description： 获取信号量    （信号量减1） (P操作)
Input:    sem：信号量
Return：成功返回0， 出错返回-1
注意：  减到0值时阻塞
**********************************************************************************/

int sem_post(sem_t *sem);
/********************************************************************************* 
Description： 释放信号量    （信号量加1） (V操作)
Input:    sem：信号量
Return：成功返回0， 出错返回-1
注意：  不会阻塞
**********************************************************************************/

int sem_destroy(sem_t *sem);
/********************************************************************************* 
Description：    销毁
Input:    sem：信号量
Return：成功返回0， 出错返回-1
注意： 
**********************************************************************************/


int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
/********************************************************************************* 
Description：    初始化锁
Input:    mutex：锁 restrict attr：属性
Return：成功返回0， 出错返回错误码
**********************************************************************************/

int  pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);   
/********************************************************************************* 
Description：    加锁
Input:    mutex：锁
Return：成功返回0， 出错返回错误码
**********************************************************************************/

int  pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);   
/********************************************************************************* 
Description：    解锁
Input:    mutex：锁
Return：成功返回0， 出错返回错误码
**********************************************************************************/


int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); 
/********************************************************************************* 
Description：    销毁
Input:    mutex：锁
Return：成功返回0， 出错返回错误码
**********************************************************************************/

---

Description： 销毁
Input: mutex：锁
Return：成功返回0， 出错返回错误码
**********************************************************************************/