前言

线程与进程在liunx系统编程中都是非常重要的一部分，并且两者有很多相似的地方，也有许多不同的地方，今天我们来比较一下两者，并做一下线程编程实战

一、线程与进程的对比

1.两者的优劣对比

UNIX/Linux进程可以看成只有一个控制线程：一个进程在同一时刻只做一件事情。有了多个控制线程后，在程序设计时可以把进程设计成在同一时刻做不止一件事，每个线程各自处理独立的任务。　　
　　进程是程序执行时的一个实例，是担当分配系统资源（CPU时间、内存等）的基本单位。在面向线程设计的系统中，进程本身不是基本运行单位，而是线程的容器。程序本身只是指令、数据及其组织形式的描述，进程才是程序（那些指令和数据）的真正运行实例。

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。线程包含了表示进程内执行环境必须的信息，其中包括进程中表示线程的线程ID、一组寄存器值、栈、调度优先级和策略、信号屏蔽字、errno常量以及线程私有数据。进程的所有信息对该进程的所有线程都是共享的，包括可执行的程序文本、程序的全局内存和堆内存、栈以及文件描述符。在Unix和类Unix操作系统中线程也被称为轻量级进程（lightweight processes），但轻量级进程更多指的是内核线程（kernel thread），而把用户线程（user thread）称为线程。

"进程——资源分配的最小单位，线程——程序执行的最小单位"

进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。

2.使用多线程的理由

从上面我们知道了进程与线程的区别，其实这些区别也就是我们使用线程的理由。总的来说就是：进程有独立的地址空间，线程没有单独的地址空间（同一进程内的线程共享进程的地址空间）。

使用多线程的理由之一是和进程相比，它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。我们知道，在Linux系统下，启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段，这是一种"昂贵"的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程，它们彼此之间使用相同的地址空间，共享大部分数据，启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。据统计，总的说来，一个进程的开销大约是一个线程开销的30倍左右，当然，在具体的系统上，这个数据可能会有较大的区别。

使用多线程的理由之二是线程间方便的通信机制。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。线程则不然，由于同一进程下的线程之间共享数据空间，所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用，这不仅快捷，而且方便。当然，数据的共享也带来其他一些问题，有的变量不能同时被两个线程所修改，有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击，这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。

除了以上所说的优点外，不和进程比较，多线程程序作为一种多任务、并发的工作方式，当然有以下的优点：

提高应用程序响应。这对图形界面的程序尤其有意义，当一个操作耗时很长时，整个系统都会等待这个操作，此时程序不会响应键盘、鼠标、菜单的操作，而使用多线程技术，将耗时长的操作（time consuming）置于一个新的线程，可以避免这种尴尬的情况。使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时，不同的线程运行于不同的CPU上。改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程，成为几个独立或半独立的运行部分，这样的程序会利于理解和修改。

二、线程编程实战

1.相关api的介绍

线程创建
#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg);
// 返回：若成功返回0，否则返回错误编号
　　当pthread_create成功返回时，由tidp指向的内存单元被设置为新创建线程的线程ID。attr参数用于定制各种不同的线程属性，暂可以把它设置为NULL，以创建默认属性的线程。
　　新创建的线程从start_rtn函数的地址开始运行，该函数只有一个无类型指针参数arg。如果需要向start_rtn函数传递的参数不止一个，那么需要把这些参数放到一个结构中，然后把这个结构的地址作为arg参数传入。
线程退出
　　单个线程可以通过以下三种方式退出，在不终止整个进程的情况下停止它的控制流：
　　1）线程只是从启动例程中返回，返回值是线程的退出码。
　　2）线程可以被同一进程中的其他线程取消。
　　3）线程调用pthread_exit：
#include <pthread.h>
int pthread_exit(void *rval_ptr);
　　rval_ptr是一个无类型指针，与传给启动例程的单个参数类似。进程中的其他线程可以通过调用pthread_join函数访问到这个指针。
线程等待
#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **rval_ptr);
// 返回：若成功返回0，否则返回错误编号

调用这个函数的线程将一直阻塞，直到指定的线程调用pthread_exit、从启动例程中返回或者被取消。如果例程只是从它的启动例程返回i，rval_ptr将包含返回码。如果线程被取消，由rval_ptr指定的内存单元就置为PTHREAD_CANCELED。
　　
　　可以通过调用pthread_join自动把线程置于分离状态，这样资源就可以恢复。如果线程已经处于分离状态，pthread_join调用就会失败，返回EINVAL。
　　
　　如果对线程的返回值不感兴趣，可以把rval_ptr置为NULL。在这种情况下，调用pthread_join函数将等待指定的线程终止，但并不获得线程的终止状态。
　　
4线程ID获取及比较
#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);
// 返回：调用线程的ID

2.初级实战代码1

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>void *func1(void *arg)
{//      static int ret=10;//检验退出函数pthread_exit能否返回整数static char *p="wencai love pingping";//检验退出函数pthread_exit能否返回字符串printf("t1:%ld thread is creat\n",(unsigned long)pthread_self());//输出进程id号printf("t1 param is %d\n",*((int *)arg));pthread_exit((void *)p);//主动退出进程
}void *func2(void *arg)
{//static int ret=10;//检验退出函数pthread_exit能否返回整数static char *p="wencai love pingping";//检验退出函数pthread_exit能否返回字符串printf("t2:%ld thread is creat\n",(unsigned long)pthread_self());//输出进程id号printf("t2 param is %d\n",*((int *)arg));pthread_exit((void *)p);//主动退出进程}int main()
{int ret;int ret1;int param=100;char *pret=NULL;pthread_t t1;pthread_t t2;ret=pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)&param);//创建进程if(ret==0){printf("main:creat t1 success\n");}ret1=pthread_create(&t2,NULL,func2,(void *)&param);if(ret1==0){printf("main:creat t2 success\n");}printf("main:%ld\n",(unsigned long)pthread_self());pthread_join(t2,(void **)&pret);//等待进程开始，防止主线程结束，导致子线程提前结束。printf("main:t1 quit %s\n",pret);//检验返回的字符串printf("main:t2 quit %s\n",pret);return 0;
}

看看在liunx平台下的运行效果

可以看到两个线程都成功创建了，但不能体现线程的存储空间是共享的。因而下面的代码将能体现这个特点。

3.初级实战代码2

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>int data=0;//定义一个全局变量，用于检验线程存储空间的共享void *func1(void *arg)
{//      static int ret=10;static char *p="wencai love pingping";printf("t1:%ld thread is creat\n",(unsigned long)pthread_self());printf("t1 param is %d\n",*((int *)arg));while(1){//利用死循环让线程打印多个全局变量的值，从运行结果来看，可以知道每次的值都是不连续的，因而证明了线程的存储空间是共享的。printf("t1:data=%d\n",data++);sleep(1);}}void *func2(void *arg)
{//static int ret=10;static char *p="wencai love pingping";printf("t2:%ld thread is creat\n",(unsigned long)pthread_self());printf("t2 param is %d\n",*((int *)arg));while(1){//利用死循环让线程打印多个全局变量的值，从运行结果来看，可以知道每次的值都是不连续的，因而证明了线程的存储空间是共享的。printf("t2:data=%d\n",data++);sleep(1);}}int main()
{int ret;int ret1;int param=100;pthread_t t1;pthread_t t2;ret=pthread_create(&t1,NULL,func1,(void *)&param);if(ret==0){printf("main:creat t1 success\n");}ret1=pthread_create(&t2,NULL,func2,(void *)&param);if(ret1==0){printf("main:creat t2 success\n");}printf("main:%ld\n",(unsigned long)pthread_self());while(1){//利用死循环让线程打印多个全局变量的值，从运行结果来看，可以知道每次的值都是不连续的，因而证明了线程的存储空间是共享的。printf("main:data=%d\n",data++);sleep(1);}pthread_join(t1,NULL);pthread_join(t2,NULL);return 0;
}

再来看看运行效果

可以看到两个线程对于全局变量data是共享的，这从而证明了线程存储空间是共享的

总结

对于上面线程相关的demo，我们可以看到，两个线程之间是相互竞争的，我们不知道哪个线程先执行，也无法操控线程运行的先后，因而在后续的博文中，将会引入条件变量和互斥量来实现对线程的控制。

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