操作系统-POSIX线程基本操作
基本概念
可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface of UNIX），简称POSIX，OSIX线程（POSIX threads），简称Pthreads，是POSIX标准中对线程定义的一部分标准规范。Pthreads定义了创建和操作线程的一整套API（包括类型、函数、常量），在编写程序时，只要遵循Pthreads规范，那么这段程序就是可以在任何支持Pthreads的操作系统上运行，实现优良的跨平台特性。
总的来说，POSIX就是一个标准化规范接口，更详细的POSIX介绍，可以参考文章末尾官方文档。
POSIX线程优缺点： 进程与线程区别 `进程是操作系统资源分配的基本单位，线程是任务调度和执行的基本单位`。不同进程拥有独立的代码空间和内存资源，同一进程下的线程是共享当前进程的所有系统资源。进程和线程存在关联，但又有一定的区别，归纳起来有几个本质的不同点。
- 进程拥有自己独立的资源空间，线程是“轻量进程”，共享进程的空间（内存、堆栈、文件描述符）
- 进程是线程的“容器”，每个进程至少存在一个线程
- 进程的创建、调度和销毁过程的资源开销要比线程大
进程的直接访问对象是操作系统，线程的直接访问对象是进程
前言：
线程之前应该先了解进程。进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。进程是线程的容器。
进程可以简单的理解为一个可以独立运行的程序单位。它是线程的集合，进程就是有一个或多个线程构成的，每一个线程都是进程中的一条执行路径。
提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考
一、线程是什么？
线程（LWP，light weight process）是轻量级的进程，本质仍是进程（在类unix环境下）。进程有独立地址空间，拥有PCB；线程也有PCB，PCB 是独立的，但没有独立的地址空间（共享）。在Linux下，线程是最小的执行单位；进程是最小分配资源单位，可看成是只有一个线程的进程。同一个进程的所有线程的PCB都保存有相同的页表，因此线程共享虚拟地址空间。
多线程是异步的，但这不代表多线程真的是几个线程是在同时进行，实际上是系统不断地在各个线程之间来回的切换（因为系统切换的速度非常的快，所以给我们在同时运行的错觉）。
1.线程优缺点
从进程与线程的特性差异对比，线程最大的优势是资源开销比进程要小。线程相比进程，还存在几个优点。
- 与fork相比， 创建线程无需申请文件描述符、系统资源等，效率高
- 线程共享进程的资源空间，避免进程复杂IPC机制
- 线程间的上下文切换要比进程间的上下文切换快得多
缺点：
线程也存在不足，由于线程是共享进程资源空间，如果一个线程因为异常崩溃导致共享资源（如内存空间）异常，其他线程很可能也会崩溃。进程拥有独立资源空间，以及操作系统的保护机制，一个进程崩溃不会影响其他进程。
二、POSIX线程常用API
Pthreads定义了一套 基于C 语言的类型、函数和常量，API接口声明位于 pthread.h 头文件中，Pthreads所有 API 以 “pthread_”为 前缀，命名根据具体功能翻译，比较直观通俗，可读性优良。Pthreads API主要包括线程管理和一系列线程间通信（同步）机制。
线程管理（Thread management）
提供了线程创建（creating）、分离（detaching）、调度（joining）以及线程属性操作的一系列函数。
线程间通信（同步）机制
提供了通信机制的创建、销毁、访问及它们属性操作的一系列函数。
【1】互斥锁（Mutex）
【2】读写锁（read/write lock）
【4】自旋锁（spin lock）
【5】屏障（barrier）
【6】条件变量（Condition variable）
注： 信号量（semaphore）和消息队列（Message queue）不属于Pthreads标准的范畴内，但属于POSIX的标准。因此，API命名风格上也有差异，信号量API以“sem_”为前缀，消息队列以“mq_”为前缀。
文主要描述线程管理相关的基本操作，函数命名以 “pthread_”为前缀。
| 函数组 | 前缀 | 例子 |
| 线程属性 | pthread_attr_ | pthread_attr_t |
| 线程操作 | pthread_ | pthread_create |
三、常用接口
1.线程创建函数
pthread_create是操作系统的创建线程的函数。它的功能是创建线程（实际上就是确定调用该线程函数的入口点），在线程创建以后，就开始运行相关的回调函数。
函数原型：
#include <pthread.h> int pthread_create( pthread_t *restrict tidp, //新创建的线程ID指向的内存单元。 const pthread_attr_t *restrict attr, //线程属性，默认为NULL void *(*start_rtn)(void *), //新创建的线程从start_rtn函数的地址开始运行，函数运行结束，表示子线程结束 void *restrict arg //默认为NULL。若上述函数需要参数，将参数放入结构中并将地址作为arg传入。 ); 返回值：成功：0；失败：错误编号
执行流程：在一个线程中调用pthread_create()创建新的线程后，当前线程从pthread_create()返回继续往下执行，而新的线程所执行的代码由我们传给pthread_create的函数指针start_rtn决定（线程创建成功后就立即去执行start_rtn函数 回调函数）。start_rtn函数接收一个参数，是通过pthread_create的arg参数传递给它的，该参数的类型为void *，这个指针按什么类型解释由调用者自己定义。start_rtn的返回值类型也是void *，这个指针的含义同样由调用者自己定义。start_rtn返回时，这个线程就退出了，在主线程可以调用pthread_join得到start_rtn的返回值，类似于父进程调用wait( )得到子进程的退出状态。
pthread_create成功返回后，新创建的线程的id被填写到thread参数所指向的内存单元。我们知道进程id的类型是pid_t，每个进程的id在整个系统中是唯一的，调用getpid( )可以获得当前进程的id，是一个正整数值。线程id的类型是pthread_t，它只在当前进程中保证是唯一的，在不同的系统中pthread_t这个类型有不同的实现，它可能是一个整数值，也可能是一个结构体，也可能是一个地址，所以不能简单地当成整数（%lu）用printf打印，调用pthread_self( )可以获得当前线程的id。
2.线程分离函数
pthread_detach函数：
int pthread_detach( pthread_t thread // 线程id, 在主控线程当中可以直接获取， 在子线程当中可以使用pthread_self() 获取 ); 成功：0；失败：错误号 作用：从状态上实现线程分离，注意不是指该线程独自占用地址空间。
线程状态：线程分离状态：指定该状态设置为detach状态，线程主动与主控线程断开关系。线程结束后（不会产生僵尸线程），其退出状态不由其他线程获取，而直接由自己自动释放（自己清理掉PCB的残留资源）。网络、多线程服务器常用。由于不保留终止状态。不能对一个已经处于detach状态的线程调用pthread_join，这样的调用将返回EINVAL错误（22号错误）。
3.线程退出状态
pthread_join函数：
int pthread_join(pthread_t thread, // 在主控线程中/主控进程中 void **retval // 存储线程的退出状态 用户定义的指针，用来存储被等待线程的返回值地址 ); 成功：0；失败：错误号 作用：阻塞等待线程退出，获取线程退出状态，一般在主空线程或者主控进程中。其作用对应进程中 waitpid() 函数。
线程退出状态总结：调用该函数的线程将挂起等待，直到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，总结如下：
如果thread线程通过return返回，retval所指向的单元里存放的是thread线程函数的返回值（即void *指针）；
如果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常数PTHREAD_CANCELED。
如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的，retval所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数（即void *指针），其实1与3是等效的。
如果对thread线程的终止状态不感兴趣，可以传NULL给retval参数。
线程回收总结：一个进程中的所有线程都是可以互相回收的，即不是只能由主控线程回收子线程，兄弟线程之间也可以回收。一次pthread_join只能回收一个线程。回收线程时也可以不关心线程结束时的状态，pthread_join函数的参数传NULL即可，此时不关心线程结束时的状态，只是将其回收并释放线程所占用的资源。
pthread_join与pthread_detach的区别
两者功能类似，都是在线程结束后用来回收线程占用的资源。
一个线程默认属性是可结合状态（joinable）， 如果一个线程结束运行但主线程没有等待其结束，则它的状态会变成类似于进程中的僵尸进程状态（Zombie Process），部分资源没有被回收（如退出状态码），所以创建线程者（主线程）应该调用pthread_join来等待线程结束，获得线程的退出代码，回收资源（类似进程的wait、waitpid）。
pthread_join是阻塞函数，直至线程结束，但一些场景下，主线程不能或者不希望被阻塞，此时可以在主线程或者子线程调用pthread_detach函数，使子线程成为脱离状态（detached），这样该线程结束后会自动释放所有资源，而且pthread_detach函数是非阻塞函数，主线程也不会被阻塞。
3.获取线程id函数
pthread_self函数：
pthread_t pthread_self(void); 返回值：成功：调用该函数的线程ID；失败：永远不会失败。 pthread_t：typedef unsigned long int pthread_t; 输出格式格式为：%lu 线程ID是进程内部，识别标志。（两个进程间，线程ID允许相同） 作用： 在子线程中通过使用pthread_self线程ID。然后在进行相应操作，比如分离线程等
4.线程退出函数
pthread_exit函数：
void pthread_exit(void *retval); 参数：retval表示线程退出状态，通常传NULL。用户定义的指针，用来存储线程退出状态的返回值地址 作用：将单个线程退出。
线程退出总结：
1.return的作用是返回到函数的调用点，如果是main函数中的return，则代表该进程结束，并释放进程地址空间，所有线程都终止。对于其它函数的return，则直接返回到函数的调用点。
2.exit和_exit函数会直接终止整个进程，导致所有线程结束。pthread_exit函数则会导致调用该函数的线程结束。所以，多线程环境中，应尽量少用，或者不使用exit函数，取而代之使用pthread_exit函数，将单个线程退出。任何线程里exit导致进程退出，其他线程也结束，主控线程退出时不能return或exit。
3.另注意，pthread_exit或者return返回的指针（线程执行的函数用return或者pthread_exit结束线程时）所指向的内存单元必须是全局的或者是用malloc分配的，不能在线程函数的栈上分配，因为当其它线程得到这个返回指针时线程函数已经退出了，此时退出的这个线程函数所占据的栈空间可能又会被重新分配出去，因此其他线程再次使用这个返回的地址没有意义。
线程的最外层函数的结束可以不用调用pthread_exit函数来退出线程，因为线程return时，线程会自动退出调度状态，系统会回收线程资源。一般情况下，我们在线程内部，在满足特定条件时，需要退出线程，才调用pthread_exit使线程终止并退出。
注： 如果多个线程共享一段资源，一个线程退出后，并不会释放共享资源，直至所有线程退出调度，系统才会回收共享资源。
5.线程杀死函数
pthread_cancel函数：
int pthread_cancel(pthread_t thread); 成功：0；失败：错误号 作用：杀死(取消)线程，其作用对应进程中 kill() 函数。
取消点：
注意：线程的取消并不是实时的，而有一定的延时。需要等待线程到达某个取消点(检查点)。杀死线程不是立刻就能完成，必须要到达取消点。取消点：是线程检查是否被取消，并按请求进行动作的一个位置。通常是一些系统调用creat，open，pause，close，read，write等等。执行命令man 7 pthreads可以查看具备这些取消点的系统调用列表。也可参阅 APUE.12.7 取消选项小节。
可粗略认为一个系统调用(进入内核)即为一个取消点。如线程中没有取消点，可以通过调用pthread_testcancel( )函数自行设置一个取消点，即在子线程的执行的函数中调用该函数即可：pthread_testcancel( )； 该函数是库函数，但执行该库函数需要进一步使用系统调用，从而到达检查点。只要线程到达检查点，如果有其它线程对其调用了pthread_cancel函数，则该线程就会自动终止。
被取消的线程，退出值为常数PTHREAD_CANCELED的值是-1。可在头文件pthread.h中找到它的定义：#define PTHREAD_CANCELED ((void *) -1)。因此当我们对一个已经被取消的线程使用pthread_join回收时，得到的返回值为-1。
线程比较函数
pthread_equal函数
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2); 返回，线程号相等返回1，否则返回0 作用：比较两个线程ID是否相等。
线程错误函数
char * strerror(int errnum);
编译
gcc编译时，要加参数：-lpthread（libpthread.so）
总结
提示：这里对文章进行总结：
例如：以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了pandas的使用，而pandas提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。
例子
回收子线程的返回值的
#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> typedef struct { int a; char b; char str[10]; }exit_t; //返回值为一个结构体 void *ftn( void *arg ) { int s; exit_t *retval; //retval的地址在栈空间，但是retval本身却位与堆空间（heap），malloc所分配的。 retval=(exit_t *)malloc( sizeof(exit_t) ); //必须用malloc分配，不能用线程栈空间 s=(int)arg; //注意只能传值，不能传地址（用于判别是哪个线程） if( s<=1 ) { retval->a=10; retval->b='a'; strcpy(retval->str,"zsx"); } if( s>1 && s<=3 ) { retval->a=20; retval->b='b'; strcpy(retval->str,"rgf"); } if( s>3 ) { retval->a=30; retval->b='c'; strcpy(retval->str,"zy"); } printf("I am %dth thread, and my ID is %lu.\n",s+1,pthread_self( )); pthread_exit((void *)retval); //或者 return (void *)retval; 两者等价！ } int main(int argc, char *argv[ ]) { int n=5, i, ret; if( argc==2 ) n=atoi(argv[1]); pthread_t tid[n]; for(i=0;i<n;i++) { ret=pthread_create(&tid[i],NULL,ftn,(void *)i); //注意只能传值，不能传地址，因为地址对应的i值会变化 if( ret!=0) { fprintf(stderr,"pthread_create error: %s\n",strerror(ret)); exit(1); } } for(i=0;i<n;i++) //回收每个子线程 { exit_t *re; //re位于主控线程的栈空间，但是re本身的值为子线程传给它的值。 ret=pthread_join( tid[i],(void **)&re); if( ret!=0) { fprintf(stderr,"pthread_join error: %s\n",strerror(ret)); exit(1); } printf("the %dth thread: a=%d, b=%c, str=%s.\n",i+1,re->a,re->b,re->str); free(re); //注意必须释放malloc分配的空间，防止内存泄漏 re = NULL; //置空，防止使用幽灵指针 } printf("In main: the PID is %d, and the TID is %lu.\n",getpid( ),pthread_self( )); pthread_exit((void *)1); }
总结： 回收子线程的返回值的方式有很多种：
1.第一种方式：上述程序中，exit_t *retval;
然后直接返回retval这个地址给主控线程，但是地址不能是用户栈空间，因此用malloc函数分配空间后，再赋值返回；
2.第二种方式：也可以exit_t retval，即直接返回retval本身这个值，即return (void *)retval；
主控线程中：exit_t *re； (exit_t)re即可，但是不建议这样做，兼容性不高。这种方法类似于上面的i传参方式；
3.第三种方式：还是按值传递，即利用主控线程中的pthread_create函数中的最后一个参数，将值传给子线程，然后让子线程返回回来，即：主控线程：
exit_t *re=(exit_t *)malloc( sizeof(exit_t) )， 然后(void
*)re作为其最后一个参数传递给子线程的arg参数，则子线程中：(exit_t *)arg，然后给arg赋值，最后(void *)arg返回即可！
注意在线程函数中：pthread_exit((void *)retval);不能写为：pthread_exit((void *)&retval); 同样的错误，即这样相当于传递的是子线程用户栈空间的地址。
