Linux下創建線程

一、線程的概念

線程是指進程內部的一個執行單元，也稱為輕量級進程，它和進程一樣可以獨立執行、擁有獨立的棧空間、程序計數器和寄存器等，但是多個線程可以共享進程的資源，如內存空間、文件、I/O。線程的創建和銷毀都比進程更加的輕便快捷，因此多線程成為了提高系統性能和程序效率的一種重要方式。

二、線程的創建

Linux提供了幾種方式創建線程：pthread_create()、clone()等。其中pthread_create()是比較常用的一個函數，其函數原型如下：

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);

它的參數依次為：

1、指向線程標識符的指針；

2、線程屬性，NULL表示使用默認屬性；

3、指向函數的指針，該函數是新線程的入口地址；

4、函數的參數。

下面是一個簡單的例子：

#include 
#include 
#include 

void *print_message_function(void *ptr);

int main()
{
    pthread_t thread1, thread2;
    char *message1 = "Thread 1";
    char *message2 = "Thread 2";
    int ret1, ret2;

    // 創建線程1
    ret1 = pthread_create(&thread1, NULL, print_message_function, (void *) message1);
    if (ret1 != 0)
    {
        printf("Create thread 1 failed!\n");
        exit(1);
    }

    // 創建線程2
    ret2 = pthread_create(&thread2, NULL, print_message_function, (void *) message2);
    if (ret2 != 0)
    {
        printf("Create thread 2 failed!\n");
        exit(1);
    }

    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);

    printf("Main function exits!\n");
    return 0;
}

void *print_message_function(void *ptr)
{
    char *message = (char *) ptr;
    printf("%s\n", message);
}

在上面的例子中，我們使用pthread_create()函數創建了2個線程，並傳入一個字符串作為線程函數的參數。然後使用pthread_join()函數等待線程結束。

三、線程的同步

線程之間的同步通常需要互斥量、條件變量等機制。比如常用的互斥量pthread_mutex_t可以用來保護共享資源，pthread_cond_t則可以用來進行線程的條件等待與喚醒。

下面是一個使用互斥量保護共享資源的例子：

#include 
#include 
#include 

#define THREAD_NUM 5

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int sum = 0;

void *thread_function(void *arg);

int main()
{
    pthread_t threads[THREAD_NUM];

    // 創建多個線程
    for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
    {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_function, NULL);
    }

    // 等待所有線程結束
    for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
    {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    printf("Sum = %d\n", sum);
    return 0;
}

void *thread_function(void *arg)
{
    int i;
    for (i = 0; i < 1000; i++)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        sum++;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }

    pthread_exit(NULL);
}

在這個例子中，我們使用pthread_mutex_t來保護sum這個共享資源，多個線程會去累加這個值。由於多個線程同時訪問sum，如果沒有互斥保護，會產生競爭狀態，導致結果不正確。因此我們使用互斥量對共享資源進行保護，保證線程之間的同步。

四、線程的銷毀

線程的銷毀通常是在線程函數中通過pthread_exit()函數進行，也可以使用pthread_cancel()函數強製取消線程。同時可以使用pthread_join()函數等待線程結束，防止進程過早退出，導致線程沒有執行完畢。

下面是一個使用pthread_cancel()函數強製取消線程的例子：

#include 
#include 
#include 

void *thread_function(void *arg);

int main()
{
    pthread_t thread_id;
    int ret;

    // 創建線程
    ret = pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);
    if (ret != 0)
    {
        printf("Create thread failed!\n");
        exit(1);
    }

    // 睡眠 5 秒
    sleep(5);

    // 強制殺死線程
    pthread_cancel(thread_id);

    printf("Main function exits!\n");
    return 0;
}

void *thread_function(void *arg)
{
    int i;

    // 設置取消狀態
    pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE, NULL);

    // 設置取消類型
    pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_DEFERRED, NULL);

    for (i = 0; ; i++)
    {
        printf("Thread running...\n");
        sleep(1);
    }

    pthread_exit(NULL);
}

在上面的例子中，我們使用了pthread_cancel()函數強製取消線程。同時在線程函數中設置了取消狀態和取消類型。

五、線程的屬性

線程的屬性可以用來調整線程的優先級、棧大小等。pthread_attr_t是線程屬性的類型，Linux提供了一些函數來進行線程屬性的設置和獲取，如pthread_attr_init()、pthread_attr_setstacksize()、pthread_attr_getschedpolicy()等。

下面是一個設置線程棧大小的例子：

#include 
#include 
#include 

void *thread_function(void *arg);

int main()
{
    pthread_t thread_id;
    pthread_attr_t attr;
    size_t stacksize;
    int ret;

    // 初始化線程屬性
    pthread_attr_init(&attr);
    pthread_attr_getstacksize(&attr, &stacksize);
    printf("Default stack size = %d KB\n", (int) stacksize / 1024);

    // 設置線程棧大小
    pthread_attr_setstacksize(&attr, 1024 * 1024);
    pthread_attr_getstacksize(&attr, &stacksize);
    printf("New stack size = %d KB\n", (int) stacksize / 1024);

    // 創建線程
    ret = pthread_create(&thread_id, &attr, thread_function, NULL);
    if (ret != 0)
    {
        printf("Create thread failed!\n");
        exit(1);
    }

    // 等待線程結束
    pthread_join(thread_id, NULL);

    printf("Main function exits!\n");
    return 0;
}

void *thread_function(void *arg)
{
    int i;

    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("Thread running...\n");
        sleep(1);
    }

    pthread_exit(NULL);
}

在上面的例子中，我們使用了pthread_attr_setstacksize()函數設置了線程的棧大小為1MB。

六、總結

本文介紹了Linux下創建線程的方法及相關知識。具體來說，我們講解了線程的概念、創建、同步、銷毀和屬性等內容。通過本文的學習，讀者可以掌握如何使用Linux提供的相關函數來創建線程，並進行進一步的開發。