Linux 线程概念与 pthread 接口入门

参数:

• thread: 返回线程 ID
• attr: 设置线程的属性，attr 为 NULL 表示使用默认属性
• start_routine: 是个函数地址，线程启动后要执行的函数
• arg: 传给线程启动函数的参数

返回值：成功返回 0；失败返回错误码

注意：使用 pthread 库时需要手动链接（-lpthread）

代码示范

#include <pthread.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <string>

void *handler(void *th) {
    std::string name = static_cast<const char *>(th);
    while (true) {
        sleep(1);
        std::cout << "I'm " << name << std::endl;
    }
}

int main() {
    pthread_t thread;
    pthread_create(&thread, NULL, handler, (void *)"thread -1");
    while (true) {
        std::cout << "I'm main thread" << std::endl;
        sleep(1);
    }
}

代码进行编译运行后可以看到命令行按照预期进行了输出，同时进行进程资源调取可以看到只有一个进程运行，那么如何进行线程信息查看呢？

ps -aL

再次运行上次的进程后输入该指令就可以看到目标进程下出现了两个 LWP 不同的线程。

补充：LWP——线程的内核层实现载体

LWP 是指轻量化进程，是线程的内核层实现载体。其实在 Linux 中并不存在所谓线程，线程严格意义上是属于进程的子单元，无独立的内核数据结构，完全依赖进程的资源容器，自身仅保存执行上下文。Linux 的 LWP 有独立的 task_struct（和进程同等地位），内核调度时完全把它当成「独立单元」对待 —— 只是它和其他 LWP 共享资源而已。Linux 设计之初就简化了线程与进程之间的差异，采用统一管理的方式。因此 Linux 中不存在所谓线程，而是 LWP（轻量化进程），在内核层就叫做 LWP，而在用户层通过封装抽象成了线程。并且每个线程有自己独特的 LWP 标识符，图中所示就是 LWP 标识符。

pthread_self——线程 ID 获取

在进程内部，glibc 同时为我们提供了线程 ID 的获取方法：pthread_self

可以在之前代码中加上该函数进行实验

#include <pthread.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <string>

void *handler(void *th) {
    std::string name = static_cast<const char *>(th);
    pthread_t ID;
    ID = pthread_self();
    std::cout << "ID-1 : " << ID << std::endl;
    while (true) {
        sleep(1);
        std::cout << "I'm " << name << std::endl;
    }
}

int main() {
    pthread_t thread;
    pthread_t mID;
    pthread_create(&thread, NULL, handler, (void *)"thread -1");
    mID = pthread_self();
    std::cout << "I'm main thread" << std::endl;
    sleep(1);
}

可以发现打印出了两个很大的数字，而且跟我们刚刚通过 ps -aL 查询到的：LWP 标识符大小完全不一样，其实通过这个 pthread_self 函数获取到的 ID 并不是 LWP 提供的标识符，而是 pthread 库给每个线程维护的进程内唯一标识符，由于每个进程都有自己独立的空间，故而该标识符的作用域是进程内而非系统全局，这个标识符其实对应的是一个进程虚拟空间上的地址，通过这个地址可以找到该线程相关信息。

pthread_exit/pthread_cancel——线程终止

这两个函数均用于线程终止，区别在于 pthread_exit 函数用于终结自身线程，而 pthread_cancel 函数可以终结其他线程。

pthread_exit

该函数没有返回值，进行调用时可以通过 retval 参数带出线程返回值（等同于线程执行函数 return void*）。注意：不要传入局部变量的地址，局部变量存储在栈上，线程结束后栈空间会被销毁

pthread_cancel

pthread_cancel(pthread_t thread) 以目标线程的 ID（pthread_t类型）为唯一入参，核心作用是向指定线程发送取消信号，触发其在取消点终止执行。

pthread_join——线程等待

在进程层面，子进程退出后若父进程未调用 wait/waitpid 回收，会产生僵尸进程（占用 PID、进程表项等内核资源），造成系统级资源泄漏；线程层面虽不存在「僵尸线程」，但如果主线程先退出且未通过 pthread_join/pthread_detach 回收子线程，会导致子线程的用户态资源（如线程栈、TLS 线程局部存储）和内核态 task_struct 中部分私有数据无法及时释放，进而造成进程内的内存泄漏。

该函数调用时需要传入两个参数：

• thread: 通过 pthread_self 获取的进程内线程唯一标识符，传入需要进行等待回收的标识符即可。
• retval: 输出型参数，指向存储子线程返回值的地址，若不需要接收返回值可传 NULL。

1. 子线程通过 pthread_exit(void *ret) 或子线程执行函数 return void* 设定退出返回值；
2. 内核会保存这个返回值，直到主线程调用 pthread_join；
3. 主线程通过 retval 拿到子线程的返回值（*retval 就是子线程的返回值）。

补充：clone——pthread 底层实现

pthread 库调用 pthread_create() 创建线程时，底层会调用 clone()，并传入核心参数：

• CLONE_VM: 新线程（LWP）与父进程共享虚拟地址空间（包括堆、全局变量），这是线程与独立进程的核心区别；
• CLONE_FILES: 共享文件描述符表，线程间可复用打开的文件、套接字等；
• CLONE_SIGHAND: 共享信号处理函数，避免重复注册信号逻辑；
• CLONE_THREAD: 将新线程加入父进程的线程组，统一管理 PID/LWP；这些参数组合让新创建的执行流成为'共享大部分资源的轻量级进程'，即用户态感知的'线程'。

pthread 库的封装通过 clone() 的参数控制资源共享粒度，将内核的轻量级进程（LWP）转化为用户态的'线程'概念，并提供统一的线程创建、同步、管理接口，既复用了 Linux 内核的进程调度逻辑，又满足了多线程开发的易用性需求。