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- 對比程序與執行緒的區別

執行緒概念及特點

1. Linux下執行緒是以程序模擬的，Linux下的程序控制塊pcb實際就是一個執行緒，其他系統不一定
2. Linux對程序和執行緒不作區分，Linux下的執行緒以程序PCB模擬，也就是說task_struct其實就是執行緒，CPU排程的基本單位是執行緒，程序就是執行緒組。
3. Linux下的pcb其實就是執行緒的描述，Linux下的執行緒以程序pcb模擬，因此也叫輕量級程序。
4. 一個程序中至少有一個執行緒，執行緒是程序內的一條執行流。

執行緒共享程序資料，但也擁有自己的部分資料:

執行緒ID
組暫存器（上下文資料）
棧
errno
訊號遮蔽字
排程優先順序

如果定義1個函式,在各執行緒中都可以呼叫,如果定義1個全域性變數,在各執行緒中都可以訪問到,除此之外,各執行緒還共享以下程序資源和環境:

檔案描述符表
每種訊號的處理方式(SIG_ IGN、SIG_ DFL或者?定義的訊號處理函式)
當前工作目錄
使用者id和組id
Text Segment、Data Segment都是共享的。

程序和執行緒的比較，執行緒優缺點

執行緒的優點：
一個程序中有可能會有多個執行緒，而這些執行緒共享同一個虛擬地址空間，因此有時候也會說執行緒是在程序中的

a、 因此他們共享了整個程式碼段、資料段，執行緒間通訊變得極為方便
b、建立或銷燬一個執行緒相比較於程序來說成本更低（不需要額外建立虛擬地址空間）
c、執行緒的排程切換相較於程序也較低
d、執行緒佔用的資源比程序少很多
e、能夠充分利用多處理器的可並行數量
f、在等待IO操作、CPU計算等任務時候，執行緒支援多處理器並行處理，任務分攤，提高效率。

執行緒的缺點：一個程序中有可能會有多個執行緒，而這些執行緒共享同一個虛擬地址空間

a、 因為執行緒間的資料訪問變得簡單，因此資料安全訪問問題更加突出，要考慮的問題增多，編碼難度增多。資源爭搶問題更加突出。
b、 一些系統呼叫和異常都是針對整個程序的，因此一個執行緒中出現了異常，那麼，整個程序都會受到影響

，以及一些系統呼叫的使用也是需要注意的。

程序的優點：安全、穩定（因為程序的獨立性）

- 執行緒相關程式碼,總結執行緒屬性

執行緒的控制

程序是作業系統資源分配的一個基本單位（通過頁表）
執行緒是CPU排程的一個基本單位（CPU排程的是pcb）

執行緒建立：執行緒共享程序地址空間，但是每一個執行緒都有自己相對獨立的一個地址空間

作業系統並沒有提供系統呼叫來建立執行緒，所以就在posix標準庫中，實現了一套執行緒控制（建立、終止、等待…）的介面，因為這套介面建立的執行緒是庫函式，是使用者態的執行緒建立，因此建立的執行緒也叫做使用者執行緒。 一個使用者執行緒對應了一個輕量級程序來進行排程執行的。（對作業系統來說，建立了一個輕量級程序）

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                          void *(*start_routine) (void *), void *arg);
Compile and link with -pthread.

pthread_t * thread:建立的執行緒id
const pthread_attr_t：執行緒屬性，一般設定為NULL
void *(*start_routine) (void *)：執行緒的執行函式
void *arg：給執行緒的執行函式傳的引數

pthread_create介面建立了一個使用者執行緒，並且通過第一個引數返回了一個使用者的id，這個id數字非常大，其實它就是一個地址，是指向自己的執行緒地址空間在整個程序虛擬地址空間中的位置。
每一個執行緒都需要有自己的棧區，否則如果所有執行緒共用一個棧的話，會引起呼叫棧混亂，並且因為CPU是以pcb來排程的，因此CPU排程的基本單位，所以每一個執行緒也都應該有自己的上下文資料來儲存CPU排程切換時的資料。（而這些都是線上程地址空間中，每一個執行緒都有自己的執行緒地址空間，它們相對來說獨立，但是執行緒地址空間是在虛擬地址空間內的）

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

void* start(void *arg){
    int num = (int)arg;
    while(1){
    printf("The pthread%d\n",num);
    sleep(1);
    }
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid,NULL,start,(void*)999);
    //pthread_t pthread_self(void);
    //  獲取呼叫執行緒的執行緒id（使用者態執行緒id）tid是pthread_t型別即無符號長整型lu
    printf("Main pthread ID:%lu\n",pthread_self());
    printf("The pthread!!ID:%lu\n",tid);
    while(1){
        printf("This is main pthread!!\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

Linux下執行緒操作函式都是庫函式，需要連結動態庫-pthread

thread: 用於接受一個使用者執行緒ID
attr: 使用者設定執行緒屬性，一般置空
start_routine：執行緒的入口函式,執行緒執行的就是這個函式，這個函式退出了，執行緒也就退出了
arg：用於給執行緒入口函式傳遞引數
返回值：成功：0 失敗：errno

其實在每一個task_struct裡邊都有pid、tgid，其中pid執行緒標識，tgid是描述該執行緒屬於哪個執行緒組（程序）的執行緒，這個tgid實際上是該執行緒所處執行緒組的首執行緒的pid，也就是說在一個執行緒組中tgid等於pid的那個執行緒就是主執行緒。

1. 檢視程序中所有執行緒資訊1：ps -efL

ps -efL |head -1&&ps -efL |grep create

LWP:輕量級程序，這一列記錄的就是每個執行緒task_struct中的tid
NLWP：這個程序中有幾個執行緒
PPID：父程序ID
PID:程序ID（執行緒組tgid），也就是主執行緒的tid。
2、檢視執行緒：

ps -aL |head -1&&ps -aL |grep create

PID:程序ID（執行緒組tgid），也就是主執行緒的tid。

LWP：執行緒ID，各個task_struct中的tid.

執行緒沒有父子之分，所有執行緒都是有平級的，如果非要說有區別的話，那麼就是主執行緒和其他執行緒的區別。

執行緒終止

執行緒的退出方式：

1. return num;退出：在main函式中呼叫return，效果是退出程序，線上程中呼叫return，退出執行緒。
2. exit（num）針對整個程序，即使在非主執行緒中使用exit()，也會是整個程序退出.

void pthread_exit(void *retval);

       Compile and link with -pthread.

DESCRIPTION
The  pthread_exit()  function terminates the calling thread and returns a value
 via retval that (if the thread is joinable)is available to another thread in
  the same process that calls pthread_join(3).

retval儲存執行緒退出狀態資訊，如果不關心，可以置空。
終止一個呼叫執行緒，執行緒呼叫執行緒退出，main函式呼叫，主執行緒退出，其他執行緒成了殭屍執行緒，程序顯示殭屍程序，程序顯示的是主執行緒stat。終止一個呼叫執行緒，執行緒呼叫執行緒退出，main函式呼叫，主執行緒退出，其他執行緒成了殭屍執行緒，程序顯示殭屍程序，程序顯示的是主執行緒stat。

檢視執行緒的命令

 ps aux -L | head -1 && ps aux -L | grep exit | grep -v 'test'

ps -aL

int pthread_cancel(pthread_t thread);
	  Compile and link with -pthread.

主執行緒用來取消主執行緒自己的執行緒id為thread的執行緒

//這段程式碼用於演示執行緒退出的幾種方式
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<stdlib.h>

void *thr_start(void *arg)
{
    //線上程中呼叫exit函式會怎樣？
    //程序要是退出了，那麼程序中的執行緒也會退出
    //exit(0);
    //return NULL;
    //sleep(5);
    //pthread_exit(NULL);
    while(1){
    printf("child pthread!!!\n");
    sleep(1);
    }
return NULL;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    int ret = -1;

    ret = pthread_create(&tid,NULL,thr_start,NULL);
    if(ret != 0){
        printf("pthread create error\n");
        return -1;
    }
    //int pthread_cancel(pthread_t thread);
    //取消普通執行緒
    pthread_cancel(tid);
    while(1){
        printf("first pthread!!\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

執行緒等待（執行緒分離）

主執行緒退出，其他執行緒也會形成殭屍執行緒：佔用了一部分資源不釋放，最終造成資源洩露。
執行緒等待就是接受執行緒的返回值，然後釋放執行緒的所有資源。
執行緒處於joinable狀態才能被等待，如果一個執行緒在呼叫pthread_join函式之前已經退出，則pthread_join函式立即返回，否則阻塞等待，直到這個指定的執行緒退出，才會返回。

pthread_join函式的返回值只需要考慮執行緒的退出碼或者errorno，不需要考慮執行緒異常的情況，因為一旦執行緒產生異常，系統會認為整個程序異常，這個程序就掛了。

 int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);   //避免資源洩露，執行緒屬性是joinable狀態

pthread_t thread:指定等待執行緒的執行緒ID
void **retval：將執行緒退出資訊接收到retval中

The pthread_join() function waits for the thread specified by thread to terminate. If that thread has already terminated,
then pthread_join() returns immediately. The thread specified by thread must be joinable.

//演示執行緒退出等待,獲取執行緒返回值
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>

//執行緒需要被等待的條件是:執行緒處於joinable狀態，一個執行緒創建出來預設屬性就是joinable狀態
void* Func()
{
    sleep(2);//讓這個非主執行緒睡覺，讓主執行緒等它睡醒後,接收該執行緒的退出狀態值，釋放資源
    printf("I am not the main pthread\n");
    pthread_exit("I am not the main pthread !I will exit!");
    return "I am the best!!";
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    int ret = pthread_create(&tid,NULL,Func,NULL);
    if(ret!=0){
        perror("pthread_create error");
        exit(-1);
    }
   
    printf("I am the Main pthread\n");

    char* addr;//定義一級指標用於給pthread_join的第二個引數初始化,否則二級指標為空，不能使用
    char** ptr = &addr;
    sleep(5);
    pthread_join(tid,(void**)ptr);//主執行緒到這裡會阻塞等待它建立的執行緒id是tid的執行緒
    printf("%s\n",*ptr);

    //pthread_cancel(tid);
    //sleep(5);
    //pthread_join(tid,(void**)ptr);//主執行緒到這裡會阻塞等待它建立的執行緒id是tid的執行緒
    //如果一個執行緒是被取消的那麼它的返回值只有一個-1,PTHREAD_CANCELD
    //printf("%d\n",addr);
    return 0;
}

執行緒分離：功能是設定狀態

我們等待一個執行緒是因為需要獲取執行緒的返回值，並且釋放資源。那麼假如我不關心返回值，那麼這個等待將毫無意義，僅僅是為了釋放資源。因此就有一個執行緒屬性叫：執行緒分離屬性 detach屬性，這個屬性就是需要設定，它是告訴作業系統，這個指定的執行緒我不關心返回值，所以如果執行緒退出了，作業系統就自動把所有資源回收。而設定一個執行緒分離屬性我們常稱為執行緒分離

執行緒的detach屬性與joinable屬性相對應，也相沖突，兩者不會同時存在。如果一個執行緒屬性是detach，那麼pthread_join的時候將直接報錯，所以我們說，只有一個執行緒處於joinable狀態才可以被等待

執行緒被設定成detach屬性，退出後將自動釋放資源，不會形成殭屍執行緒
detach與joinable屬性相沖突，無法同時存在，設定detach就表明了不關心返回值

int pthread_detach(pthread_t thread);

執行緒也可以分離自己pthread_detach(pthread_self());

- 使用gdb除錯的注意事項

1、編譯過程一定要加-g選項：因為在Linux系統下，預設生成的是release（不加除錯資訊）版本的可執行程式，如果不加-g，則不能除錯。例如編譯hello.c生成hello的debug版本;

gcc -g hello.c -o hello

2、在開啟gdb除錯不想看到那麼一大堆版本資訊可以加-q，例如除錯hello

gdb -q hello

3、常用選項：

run/r：執行程式到結束 continue：從當前位置開始連續而非單步執行程式到結束

breaktrace(或bt)：檢視各級函式調⽤及引數

start：開始單步除錯，next/n下一步

step/s：進入函式，類似於VS裡的F11

finish：執⾏到當前函式返回，然後挺下來等待命令

break/b：打斷點，可以加行號或者函式

info break/i b：檢視斷點資訊

info local：檢視當前棧幀區域性變數的值

delete/d breakpoints/number：刪除所有斷點/刪除斷點編號為number的斷點

print/p：打印表達式的值，通過表示式可以修改變數的值或者調⽤函式

p 變數：列印變數值。

q/ctrl+d：退出gdb