二、进程 VS 线程
线程共用同一个地址空间，因此代码段（Text Segment）、数据段（Data Segment）等都是共享的：
若定义一个函数，在各线程中都可以调用
若定义一个全局变量，在各线程中都可以访问到
除此之外，各线程还共享以下进程资源和环境：
文件描述符表（进程打开一个文件后，其他线程也能够看到）
每种信号的处理方式（SIG_IGN、SIG_DFL或者自定义的信号处理函数）
当前工作目录（cwd）
用户ID和组ID
进程是承担分配系统资源的基本实体，线程是CPU调度的基本单位。线程共享进程数据，但也拥有自己的一部分数据：
线程ID
一组寄存器（存储每个线程的上下文信息）
栈（每个线程都有临时的数据，需要压栈出栈）
errno（C语言提供的全局变量，但每个线程都有自己的）
信号屏蔽字
调度优先级
三、Linux线程控制
3.1 POSIX线程库
在Linux中，站在内核角度上看并没有真正意义上线程相关的接口。但站在用户角度，当用户想创建一个线程时更期望使用thread_create这样类似的接口，而不是vfork函数，因此系统在应用层提供了原生线程库pthread。原生线程库实际就是对轻量级进程的系统调用进行了封装，在用户层模拟实现了一套线程相关的接口
应用层指的是这个线程库并不是操作系统直接提供的，而是由第三方使用系统接口编写的
原生指的是大部分Linux系统都会默认带上该线程库
与线程有关的函数构成了一个完整的系列，绝大多数函数的名字都是以"pthread_"开头
要使用pthread库，要引入头文件<pthreaad.h>
链接pthread库时，要在编译时要使用"-lpthread"选项
注意：
传统的函数是，成功返回0，失败返回-1，并且对全局变量errno设置以指示错误。pthread函数出错时并不会设置全局变量errno（而大部分POSIX函数会这样做），而是将错误信息通过返回值返回
pthread同样也提供了线程内的errno变量，以支持其他使用errno的代码。但对于pthread函数的错误，建议通过返回值来判定，因为读取返回值要比读取线程内的errno变量的开销更小，且线程的errno是各线程独占的
3.1 线程创建
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
参数：
thread：获取创建成功的线程ID，该参数是一个输出型参数
attr：用于设置创建线程的属性，传入NULL表示使用默认属性
start_routine：该参数是一个函数地址，表示线程例程，即线程启动后要执行的函数
arg：传给线程例程的参数（即传给start_routine的形参）
返回值：
线程创建成功返回0，失败返回错误码
使用案例
让主线程调用pthread_create函数创建一个新线程，此后新线程就会跑去执行自己的新例程，而主线程则继续执行后续代码
#include <iostream> #include <pthread.h> #include <unistd.h> using namespace std; void* Routine(void* args) { while (1) { cout << "I am " << (char*)args << endl; sleep(1); } } int main() { pthread_t tid; pthread_create(&tid, NULL, Routine, (void*)"thread 1"); while (1) { cout << "I am main thread!" << endl; sleep(2); } return 0; }
使用 ps -aL 命令，可以显示当前的轻量级进程，不带 -L 选项默认显示进程
LWP（Light Weight Process）就是轻量级进程的ID，可以看到显示的两个轻量级进程的PID是相同的，因为它们属于同一个进程。
在Linux中，应用层的线程与内核的LWP是对应的，实际上操作系统调度时使用的是LWP，而并非PID。单线程进程时PID和LWP是相等的，所以对于单线程进程而言，调度时采用PID和LWP是一样的；多线程进程时PID与主线程LWP相同。
3.3 线程等待
线程如同进程一般，也是需要被等待的。若主线程不对新线程进行等待，那么新线程的资源不会被回收，会发生类似于"僵尸进程"的问题，即内存泄漏。
使用pthread_join()可以进行线程等待
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
参数：
thread：被等待线程的ID
retval：线程退出时的退出码信息
返回值：
线程等待成功返回0，失败返回错误码
调用该函数的线程将阻塞到ID为thread的线程终止。thread线程以不同的方法终止，通过pthread_join得到的终止状态是不同的
若thread线程通过return返回，retval所指向的单元里存放的是线程的返回值
若thread线程被别的线程调用pthread_cancel()异常终止掉，retval所指向的单元里存放的是宏PTHREAD_CANCELED，即(void*)-1)
若thread线程是自行调用pthread_exit()终止的，retval所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数
若对thread线程的终止状态不感兴趣，可传NULL给retval参数
使用案例
#include <iostream> #include <pthread.h> #include <unistd.h> using namespace std; void* Routine(void *args) { cout << (char*)args << endl; sleep(3); return (void*)0; } int main() { pthread_t tid; pthread_create(&tid, nullptr, Routine, (void*)"new thread"); void* ret = nullptr; int n = pthread_join(tid,&ret); if(n == 0) { cout << "等待成功" << endl; cout << "返回信息为: " <<(long long)ret << endl; } else { cout << "等待失败" << endl; } return 0; }
3.4 线程终止
3.4.1 return退出
在创建线程时指定的例程中使用return代表当前线程退出，但在main函数中使用return代表整个进程退出，即主线程退出了那么整个进程就退出了。
3.4.2 pthread_exit()
void pthread_exit(void *retval);
参数retval：线程退出时的退出信息
注意：
pthread_exit()或者return返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者堆区开辟的，不能在线程函数的栈上分配，因为当其他线程得到这个返回指针时，线程已经退出了
线程退出不能使用exit()函数，其作用是退出整个进程，任何一个线程调用都是如此
3.4.3 pthread_cancel()
int pthread_cancel(pthread_t thread);
参数thread：被取消线程的ID
返回值：线程取消成功返回0，失败返回错误码
线程是可以取消自己的（使用pthread_self()函数）。也可以让新线程取消主线程，但不建议这么使用，一般都是使用主线程去控制新线程的。
取消成功的线程的退出码一般是宏PTHREAD_CANCELED，即(void*)-1)
3.5 线程分离
默认情况下，新创建的线程是joinable的，线程退出后，需要对其进行pthread_join操作，否则无法释放资源，从而造成内存泄漏。但若本身并不关心线程的返回值，那么join也是一种负担，此时可将该线程进行分离，后续当线程退出时就会自动释放线程资源
线程若被分离了，这个线程依旧使用该进程的资源，且依旧在该进程内运行，甚至这个线程崩溃了一定会影响整个进程，只不过这个线程退出时不再需要主线程去join了，当这个线程退出时系统会自动回收该线程所对应的资源
可以是线程组内其他线程对目标线程进行分离，也可以是线程自己分离
joinable和分离是冲突的，一个线程不能既是joinable又是分离的
使用pthread_detach()函数进程分离线程
int pthread_detach(pthread_t thread);
参数thread：被分离线程的ID
返回值：线程分离成功返回0，失败返回错误码
3.6 线程ID与进程地址空间布局
pthread_create函数会产生一个线程ID，存放在第一个参数指向的地址中，但该线程ID和内核中的LWP并不是一回事
内核中的LWP属于CPU调度的范畴，因为线程其实就是轻量级进程，是操作系统调度器的最小单位，所以需要一个数值来唯一表示该线程
pthread_create()函数第一个参数指向一个虚拟内存单元，该内存单元的地址即为新创建线程的线程ID，这个ID属于NPTL线程库的范畴，线程库的后续操作就是根据该线程ID来操作线程的
线程库NPTL提供的pthread_self()函数，获取的线程ID和pthread_create()函数第一个参数获取的线程ID是一样的
线程ID到底是什么？
可以将线程ID打印出来看看
#include <iostream> #include <pthread.h> #include <unistd.h> using namespace std; void* Routine(void* args) { cout << (char*)args << " : " << pthread_self() << endl; return (void*)0; } int main() { pthread_t tid; pthread_create(&tid,nullptr,Routine,(void*)"new thread"); sleep(1); cout << "main thread : " << pthread_self() << endl; pthread_join(tid,nullptr); return 0; }
可以发现，这个线程ID数值特别大，并不是LWP，那么这个线程ID到底是什么呢？
Linux系统中不提供真正的线程ID，只提供LWP，即操作系统只需通过LWP对轻量级进程进行管理，而供用户使用的线程接口等其他数据，由线程库来管理，因此管理线程时的"先描述，再组织"就应该在线程库中完成
使用 lld 命令可以看到，线程库实际上是一个动态库(默认使用动态库)
进程运行时动态库被加载到内存，然后通过页表映射到进程地址空间中的共享区，此时进程内的所有线程是共享这个动态库的
之前提到每个线程都有独占的栈，其中主线程采用的栈是进程地址空间中原生的栈，而其余线程采用的栈就是在共享区中开辟的。除此之外，每个线程都有各自的struct pthread，当中包含了对应线程的各种属性；每个线程还有自己的线程局部存储，当中包含了对应线程被切换时的上下文数据。
每一个新线程在共享区都有一个struct pthread对其进行描述，因此要找到一个用户级线程只需要找到该线程内存块的起始地址，然后就可以获取到该线程的各种信息
上面讲述的各种线程函数，本质上都是在库内部对线程属性进行的各种操作，即线程数据的管理本质是在共享区的进行的
至于pthread_t到底是什么类型取决于实现，但对于Linux目前实现的NPTL线程库来说，线程ID本质就是进程地址空间共享区上的一个虚拟地址，同一个进程中所有的虚拟地址都是不同的，因此可以用它来唯一区分每一个线程
