【Linux】从零开始认识多线程 --- 线程ID

1 前言

上一篇文章中讲解了线程控制的基本接口：

1. 线程创建pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);:

   • pthread_t *thread :输出型参数，线程ID。
   • const pthread_attr_t *attr ：线程属性（优先级，上下文…），默认传入nullptr
   • void *(*start_routine) (void *) : 函数指针，线程需要执行的函数地址。
   • void arg：想要传入到线程的信息，可以传入int，string地址或者传入一个类对象的地址。

2. 线程等待pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

   • pthread_t thread：需要进行等待的线程ID
   • void **retval: 获取的返回信息

3. 线程终止pthread_cancel(pthread_t thread)

   • pthread_t thread：需要进行终止的线程ID

需要深入理解的是线程传参！可以传递任何类型！注意传递堆空间的地址，保持线程独立性！

通过创建的线程我们看到了线程的tid，它和LWP不一样，是类似一个地址的存在，今天我们来详细分析一下线程ID。而且线程是有独立的栈空间的，这个独立栈空间是在哪里的？与线程ID有没有关系？

2 理解线程库与线程ID

我们先来写一个基础的创建线程的程序：

#include <iostream> #include <pthread.h> #include <string> #include<unistd.h>  std::string ToHex(int x) {     char buffer[128];     snprintf(buffer , 128 , "0x%x" , x);     return buffer; }  void *threadrun(void *args) {     std::string name = static_cast<const char *>(args);     while (true)     {         std::cout << "name: " << name << "is running... ,tid: " << ToHex(pthread_self()) << std::endl;         sleep(1);     } }  int main() {     pthread_t tid;     pthread_create(&tid, nullptr, threadrun, (void *)"thread-1");     std::cout << "new thread is running ,tid: " << tid << std::endl;     pthread_join(tid, nullptr);     return 0; } 

我们运行可以看到tid

也可以通过ps -aL来查看查看运行线程的信息：

显然tid和LWP是不一样的，用户能获取的线程ID不是内核中的LWP,而内核中的LWP其实也不需要给用户呈现,tid是一个库内部自己维护的唯一值，因为库内部需要承担对线程的管理维护。

我们来深入理解库。
首先，库没被加载的时候是在磁盘中的，而线程库是一个动态库，本质上是一个文件。可执行程序也是在磁盘中。刚开始运行的时候，可执行程序会先变成一个进程，加载代码和数据到内存中，并同步创建PCB，页表，地址空间…当CPU调度到这个进程，会运行代码，进而动态创建多线程！

接下来，运行到创建线程的代码的前提是把库加载到进程的地址空间中！动态库也要加载到内存中。进程要使用动态库需要将动态库映射到进程地址空间的共享区中！代码运行到动态库中的代码时会跳转到共享区对应函数，在通过其偏移量映射到内存中库函数实现部分，完成动态库函数的调用！

LInux内核只会维护轻量级进程，通过LWP（轻量级进程ID）维护，而用户层看到的是线程，需要的是线程的ID，线程的相关属性。上面我们提过线程是线程库维护的！接下来我们来看看线程库内部是如何维护管理的？如果库要管理线程和内核管理进程类似！同样遵循先描述，再组织：

1. 动态库内部会有一个描述线程属性的内存块，每一个线程都会创建这样一个内存块结构，用来描述属性。
2. 这个内存块内部有线程在用户层面的基本属性，线程的独立栈结构

也就是在库中创建了描述线程的相关结构体字段属性，因为是连续开辟的，所以管理方法类似数组。未来我们只要找到线程控制的地址即可！pthread_t id就是一个地址！通过这个地址我们就可以访问这个内存块的所有属性！
我们对比一下FILE* fopen()这个接口会返回一个文件指针（而不是一个文件对象），那么这个指针指向的文件是在哪里呢？在C标准库中！返回的也是一个地址（指针）。这和创建线程是一致的!@
注意一点：在库里维护不一定要在库里开辟空间，都可以进行malloc的！

再来看pthread_join，如何理解？因为在库内部中线程结束时会直接return,并没有进行资源的释放，所以如果不进行join就会产生内存泄漏！join就是通过tid来找到对应位置来释放资源！

一个线程内部就可以有一个数组来维护一个栈结构！线程就独立的拥有自己的栈结构了！栈空间本质是地址空间的一部分区域！主线程使用自己的栈，新线程使用自己开劈的栈！

在用户层面是线程，内核层是轻量级进程，他们是1 ：1的。

1. lwp是用来调度的单位:具有自己的系统调用，pthread库就是对这些系统调用的封装！
2. 线程概念的表现是在用户层的！
   

Linux的线程 = pthread库中线程的属性集 + LWP

总的来说，pthread_t tid就是线程属性集合的起始虚拟地址 — 在pthread中进行维护。

3 线程局部存储

接下来我们，谈一下线程的局部存储。
我们设置一个全局变量gval，让新线程和主线程都不断打印，但是只有新线程进行++工作：

可以看到他们的地址是一致的，因为他们共享地址空间，会访问到同一个gval!

今天如果我们不想让他们看到同一个gval呢？让他们各自拥有一份，我们可以使用编译选项__thread（只在linux有效，只能修饰内置类型）

__thread int gval = 100; 

可以看到此时主线程和新线程就是不一样的gval了！地址也不一样，说明新线程和主线程是各自拥有一份gval

这个全局变量，在加上__thread后就会在线程局部存储中各自储存一份，互不干扰！

Thanks♪(･ω･)ﾉ谢谢阅读！！！

下一篇文章见！！！