线程
下表将线程与进程进行简单对比：
| 线程 | 进程 |
|---|---|
| 操作系统调度的最小单位 | 操作系统分配资源的最小单位 |
| 直接共享全局变量等资源 | 通过线程间通讯手段进行通讯 |
| 一个应用程序可以创建多个线程 | 一份程序只对应一个线程，但是线程内可以创建另一个线程（新的程序副本） |
| 使用pthread_create创建 | 使用fork创建 |
线程特性
相比进程的优点：
- 更加简单高效的线程间同步与通讯（直接访问全局变量来通讯，通过锁同步；而进程间的同步和通讯比较复杂，相对来说效率更低）；
- 系统调用线程所需要消耗的资源和时间远比进程要少；
相比进程的缺点：
- 一个线程的崩溃可能导致整个程序的其他线程跟着一起完蛋，而进程崩了一个会有操作系统保护，不会波及其他进程；
- 线程间交互的不确定性使得程序更加难以调试；
编译事项
在编写多线程程序时，需要注意以下几点：
- 通过包含pthread.h头文件来使用线程相关的函数；
- 在编译时需要定义_REENTRANT宏定义，具体原因见本节结尾的引用段落；
- 在链接阶段时使用-lpthread选项来链接多线程库；
比如编译由threads.c文件组成的多线程程序，我们可以这么编译：
gcc -D_REENTRANT -o threads threads.c -lpthread
以下引用自《Linux程序设计》的内容解释了为什么需要定义_REENTRANT宏定义：
在设计最初的UNIX和POSIX库例程时，人们假设每个进程中只有一个执行线程。一个明显的例子就是errno，该变量用于获取某个函数调用失败后的错误信息。在一个多线程程序里，默认情况下，只有一个errno变量供所有线程共享。在一个线程准备获取刚才的错误代码时，该变量很容易被另一个线程中的函数调用所改变。类似的问题还存在于fputs之类的函数中，这些函数通常用一个全局性区域来缓存输出数据。
为了解决这个问题，我们需要使用被称为可重入的例程。可重入代码可以被多次调用而任然正常工作，这些调用可以来自不同的线程，也可以是某种形式的嵌套调用。因此，代码中的可重入部分通常只使用局部变量，这使得每次对该代码的调用都将获得它自己的唯一的一份数据副本。
编写多线程程序时，我们通过定义宏_REENTRANT来告诉编译器我们需要可重入功能，这个宏的定义必须位于程序中的任何#include语句之前。它将为我们做3件事，并且做得非常优雅，以至于我们一般不需要直到它到底做了哪些事。
- 它会对部分函数重新定义它们的可安全重入的版本，这些函数的名字一般不会发生改变，只是会在函数名后面添加_r字符串。例如，函数名gethostbyname将变为gethostbyname_r。
- stdio.h中原来以宏的形式实现的一些函数将会变成可安全重入的函数。
- 在errno.h中定义的变量errno现在将成为一个函数调用，它能够以一种多线程安全的方式来获取真正的errno值。
线程创建与销毁
使用以下函数来创建一个线程：
/**
* 以下函数用于创建一个线程，
* __newthread用于记录线程信息，
* __attr用于设置线程属性（不需要可以设置为NULL），
* __start_routine为线程开始执行的函数，__arg为传递给线程的用户参数，
* 成功返回0，否则返回其他值并设置errno变量
*/
extern int pthread_create (pthread_t *__restrict __newthread,
const pthread_attr_t *__restrict __attr,
void *(*__start_routine) (void *),
void *__restrict __arg) __THROWNL __nonnull ((1, 3));
相比于创建一个线程，销毁线程的方法有多种：
- 线程本身调用pthread_exit()函数来终止自身执行，或者直接使用return退出线程执行函数；
- 在其他线程中使用pthread_cancel()函数来终止特定线程；
- 进程使用exit()函数或者直接return从main函数中退出，则这个进程中的所有线程会被销毁；
以下demo简单演示了多线程的创建和销毁：
- 主线程打印初始的message中的内容，然后创建了一个新线程start_thread并传入message参数，然后堵塞在pthread_join()函数上等待start_thread线程执行完成；
- 子线程修改message中的内容为"now Bye !"然后退出并返回"Thank you for the CPU time"字符串；
- 主线程打印子线程修改过的message中的内容以及子线程的返回字符串，之后进程退出；
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
void *start_thread(void *arg);
char message[] = "Hello World";
int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t thread;
void *thread_result;
/* 创建线程 */
if (pthread_create(&thread, NULL, start_thread, (void *)message) != 0)
{
perror("thread create fialure - ");
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* 堵塞在pthread_join函数等待线程执行结束 */
printf("Waiting for thread to finish...\n");
if (pthread_join(thread, &thread_result) != 0)
{
perror("thread join failure - ");
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* 打印子线程执行结果并退出 */
printf("Thread joined, it returned: %s\n", (char *)thread_result);
printf("Message is now %s\n", message);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
void *start_thread(void *arg)
{
printf("start_thread is running, Argument was %s\n", (char *)arg);
sleep(3);
strcpy(message, "Bye!");
pthread_exit("Thank you for the CPU time");
}
# 编译指令
gcc -D_REENTRANT -g threads.c -o threads -lpthread
线程同步与互斥
线程同步的概念理解起来可能会有所困难，由于笔者有使用RTOS的经验，所以理解起来驾轻就熟，可以参考这篇文章建立同步与互斥的概念：
图解系统：互斥与同步，这篇太长了，看到理解什么是同步和互斥即可。
在linux的线程中，使用信号量来进行线程之间的同步，使用互斥量来进行线程之间的互斥。
信号量
信号量用来对线程进行同步。有时线程A需要等待线程B完成某些事项后再继续往下执行，此时便可以使用信号量在线程A和B之间进行同步。要使用linux的信号量相关的函数和数据结构，只需要包含semaphore.h头文件，以下仅仅列出最常用的信号量函数的原型，在笔记里列出函数的用法是低效且无意义的，应该善用man命令。
int sem_init (sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value); /* 创建信号量 */
int sem_wait (sem_t *__sem); /* 等待信号量 */
int sem_post (sem_t *__sem); /* 发送信号量 */
int sem_destroy (sem_t *__sem); /* 销毁信号量 */
互斥量
在访问共享资源时，需要使用互斥量来解决多个线程间争夺共享资源导致冲突的问题。以下列出linux常用的互斥量函数接口：
/* Initialize a mutex. */
extern int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t *__mutex,
const pthread_mutexattr_t *__mutexattr);
/* Destroy a mutex. */
extern int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t *__mutex);
/* Try locking a mutex. */
extern int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *__mutex);
/* Lock a mutex. */
extern int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *__mutex);