Linux-創(chuàng)建進程與線程用到的函數(shù)解析

【1】exit：

• exit函數(shù)可以退出程序并將控制權(quán)返回給操作系統(tǒng)，而用return語句可以從一個函數(shù)中返回給調(diào)用該函數(shù)的函數(shù)。如果在main()函數(shù)中加入return語句，那么在執(zhí)行這條語句后將退出main()函數(shù)并將控制權(quán)返回給操作系統(tǒng)，這樣的一條return語句與exit函數(shù)作用是相同的。
  下面通過一個程序測試以下在子函數(shù)中使用exit是否會直接在子函數(shù)中就把整個程序終止了：
  exitExample.c

/*
 測試exit函數(shù)與return函數(shù)的不同
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void exitExample();

void exitExample()
{
    int i = 0;
    if(i==0)
        exit(0);
}

int main()
{
    // 調(diào)用一個函數(shù)，測試其用exit是否還會返回到main函數(shù)
    exitExample();
    printf("看來在調(diào)用的函數(shù)中使用exit也能返回到調(diào)用這個函數(shù)的父函數(shù)來.\n");
    return 0;
}

the result：

yangruo@Y700:~/workspace/processTrain/shiyan1$ ./exitExample
yangruo@Y700:~/workspace/processTrain/shiyan1$ 

發(fā)現(xiàn)確實是直接結(jié)束了，說明推測是正確的！
新的問題又來了：如果是子進程呢？會不會直接退出整個程序？

/*
 *測試在子進程中使用exit，是否會直接退出整個程序
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

void childFunc();

void childFunc()
{
    printf("這是子進程，他的PID是%d, 他的父進程PID是%d.\n", getpid(), getppid());
    exit(0);
}

int main()
{
    printf("這是main函數(shù)，也就是1號進程，他的PID是%d，他的父進程PID是%d.\n", getpid(), getppid());
    // 創(chuàng)建一個子進程
    pid_t child;
    child = fork();
    if(child == 0){
        // 說明創(chuàng)建子進程成功
        // 子進程執(zhí)行一個任務(wù)
        childFunc(); 
    }else if(child < 0){
        puts("進程創(chuàng)建失敗\n");
        exit(1);
    }else if(child > 0){
        printf("真的會輸出嗎？\n");
        printf("如果輸出了的話就打印PID瞧瞧是哪個進程！\n");
        printf("現(xiàn)在這個進程PID是%d.\n", getpid());
    }
    /*
     發(fā)現(xiàn)一個有趣的問題：若直接是else，而不是else if(child < 0)，那么else里面的語句依舊會被輸出，后來找到原因：
     這是邏輯有問題，直接else的話，程序不知道這是在說child的其他值。
     ?。?！
     NO，測試了else if(child > 0)，發(fā)現(xiàn)里面的語句還是會輸出！所以這并不是邏輯出錯了，if else語句是知道指的是child
     這個變量的！
     哦哦！原來fork()是個神奇的函數(shù)！他僅僅被調(diào)用了一次，卻能返回兩次，更多見注釋【2】fork
    */
    // 父進程等待子進程退出
    pid_t cpid = wait(NULL); // 【5】
    printf("子進程%d已經(jīng)退出.\n", cpid);
    // 父進程自己退出
    printf("父進程%d退出，程序終止\n", getpid());
    return 0;
}

• 現(xiàn)在說說exit函數(shù)的返回值，即exit(int status)的status是什么意思：
  • “C 語言的設(shè)計之初就是為 Unix 系統(tǒng)設(shè)計的，而這個系統(tǒng)是『很多程序互相配合』搭配成一個系統(tǒng)。每個運行著的程序都是進程，而進程就會有父進程，父進程通常是直接啟動你的進程，父進程死亡的進程會被 init 收養(yǎng)，其父進程變?yōu)?init，而 init 的父進程是進程 0，進程 0 則是系統(tǒng)啟動時啟動的第一個進程?！薄?em>引用自知乎用戶pansz】
  • exit()里的參數(shù)，是傳遞給父進程的。對父進程來說，你的進程仿佛是一個函數(shù)，而函數(shù)可以有返回值。通常一個程序的父進程可能是任何進程，因此我們無法語氣我們的父進程是否規(guī)定必須要有這個返回值，那么我們應(yīng)當提供這個返回值，以保證不同的父進程的需求得到滿足。
  • 返回值“0”表示沒有錯誤，程序已經(jīng)正常執(zhí)行完畢，非0值表示有錯誤發(fā)生，至于非0值具體為多少由開發(fā)者自己定義，比如1表示輸入錯誤，2表示計算錯誤之類，也有一些是由系統(tǒng)定義的錯誤代碼，比如棧溢出，除零之類的錯誤。
• 為什么要使用exit呢？
  是歷史原因，雖然現(xiàn)在大多數(shù)平臺下，直接在 main() 函數(shù)里面 return 可以退出程序。但是在某些平臺下，在 main() 函數(shù)里面 return 會導(dǎo)致程序永遠不退出（因為代碼已經(jīng)執(zhí)行完畢，程序卻還沒有收到要退出的指令）。換句話說，為了兼容性考慮，在特定的平臺下，程序最后一行必須使用 exit() 才能正常退出，這是 exit() 存在的重要價值。

【2】fork

• 一個進程，包括代碼、數(shù)據(jù)、分配給進程的資源。fork()通過系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個與原來進程幾乎完全相同的進程，也就是兩個進程可以做完全相同的事，但如果初始參數(shù)或者傳入的變量不同，兩個進程也可以做不同的事。
• 一個進程調(diào)用fork()后，系統(tǒng)先給新的進程分配資源，例如存儲數(shù)據(jù)和代碼的空間。然后把原來的進程的所有值都復(fù)制到新的進程中，只有少數(shù)值和原來的進程不同，相當于克隆了一個自己。
• fork()調(diào)用的奇妙之處在于它僅僅被調(diào)用一次，卻能夠返回兩次，它有可能有三種不同返回值：
  • 在父進程中，fork返回新創(chuàng)建子進程的進程PID；
  • 在子進程中，fork返回0；
  • 如果出現(xiàn)錯誤，fork返回一個負值。
    在fork函數(shù)執(zhí)行完畢后，如果創(chuàng)建新進程成功，則出現(xiàn)兩個進程，一個是子進程，一個是父進程。在子進程中，fork返回0，父進程返回新創(chuàng)建子進程的進程ID。
    用Strace命令跟蹤了一個簡單的 fork 程序，發(fā)現(xiàn) fork 其實調(diào)用的是clone函數(shù)：

clone(child_stack=0, flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_tidptr=0x7fa8e369f9d0) = 3252

【3】pthread_create()第二個參數(shù)
pthread_create()的第二個參數(shù)是設(shè)置線程的屬性，這些屬性主要包括綁定屬性（SCS、PCS）、分離屬性、堆棧地址、堆棧大小、優(yōu)先級。其中系統(tǒng)默認是非綁定、非分離、缺省1M的堆棧、與父進程同樣級別的優(yōu)先級。若把第二個參數(shù)設(shè)置為NULL的話，將采用系統(tǒng)默認的屬性配置。

• 綁定屬性
  在Linux中，采用的是“一對一”的線程機制，即一個用戶線程對應(yīng)一個內(nèi)核線程。綁定屬性就是指一個用戶線程固定地分配給一個內(nèi)核線程，因為CPU時間片的調(diào)度是面向內(nèi)核線程（輕量級進程）的，因此具有綁定熟悉的線程可以保證在需要的時候總有一個內(nèi)核線程與之對應(yīng)，而與之對應(yīng)的非綁定屬性就是指用戶線程和內(nèi)核線程的關(guān)系不是始終固定的，而是由系統(tǒng)來分配。
• 分離屬性
  分離屬性是決定以一個什么樣的方式來終止自己。在非分離狀況下，當一個線程結(jié)束時，它多占用的線程沒有得到釋放，也就是沒有真正的終止，需要通過pthread_join()來釋放資源。而在分離屬性下，一個線程結(jié)束就會立即釋放它所占有的系統(tǒng)資源。但這里有一點要注意的是，如果設(shè)置一個線程分離屬性，而這個線程又運行得非?？斓脑?，那么它可能在pthread_create函數(shù)返回之前就終止了線程函數(shù)的運行，它終止以后就很可能將線程號和系統(tǒng)資源移交給其他的線程使用，這時調(diào)用pthread_create的線程就得到錯誤的線程號。

上面的屬性都是通過一些函數(shù)完成的，通常先調(diào)用pthread_attr_init來初始化，之后調(diào)用相應(yīng)的屬性設(shè)置函數(shù)。

1. pthread_attr_init
   功能：對線程數(shù)形變量的初始化
   頭文件：<pthread.h>
   函數(shù)原型：int pthread_attr_init(pthread_attr_t *arr);
   函數(shù)傳入值：attr（線程屬性）
   函數(shù)返回值：成功返回0，失敗返回-1
2. pthread_attr_setscope
   功能：設(shè)置線程綁定屬性
   頭文件：<pthread.h>
   函數(shù)原型：int pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int scope);
   函數(shù)傳入值：attr（線程屬性）；scope：PTHREAD_SCOPE_SYSTEM（綁定），PTHREAD_SCOPE_PROCESS（非綁定）
   函數(shù)返回值：同1
3. pthread_attr_setdetachstate
   功能：設(shè)置線程分離屬性
   頭文件：<pthread.h>
   函數(shù)原型：int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
   函數(shù)傳入值：attr（線程屬性），detachstate:PTHREAD_CREATE_DETACHED（分離），PTHREAD_CREATE_JOINABLE（非分離）
   函數(shù)返回值：同1
4. pthread_attr_getschedparam
   功能： 得到線程優(yōu)先級。
   頭文件： <pthread.h>
   函數(shù)原型： int pthread_attr_getschedparam (pthread_attr_t* attr, struct sched_param* param);
   函數(shù)傳入值：attr：線程屬性；
   param：線程優(yōu)先級；
   函數(shù)返回值：同1
5. pthread_attr_setschedparam
   功能： 設(shè)置線程優(yōu)先級。
   頭文件： <pthread.h>
   函數(shù)原型： int pthread_attr_setschedparam (pthread_attr_t* attr, struct sched_param* param);
   函數(shù)傳入值：attr：線程屬性。
   param：線程優(yōu)先級。
   函數(shù)返回值：同1

pthAttrExa.c

/*測試線程屬性*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

void *pthread_func_1();
void *pthread_func_2();

void *pthread_func_1()
{
    int i = 0;
    for(; i<6; i++)
    {
        printf("This is pthread_1.\n");

        if(i == 2)
        {
            pthread_exit(0);
        }
    }
}

void *pthread_func_2()
{
    int i = 0;
    for(; i<3; i++)
    {
        printf("This is pthread_2.\n");
    }
}

int main()
{
    pthread_t pt_1 = 0;
    pthread_t pt_2 = 0;
    pthread_attr_t attr = {0};
    int ret = 0;

    pthread_attr_init(&attr); // 屬社設(shè)置
    //pthread_attr_setscope(&attr, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM);
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

    ret = pthread_create(&pt_1, &attr, pthread_func_1, NULL);
    if(ret != 0)
    {
        printf("創(chuàng)建線程失敗\n");
    }

    ret = pthread_create(&pt_2, NULL, pthread_func_2, NULL);
    if(ret != 0)
    {
        printf("創(chuàng)建線程失敗\n");
    }

    int ret2;
    ret2 = pthread_join(pt_2, NULL);
    if(ret2 == 0)
        printf("線程2已經(jīng)結(jié)束\n");
    else
        printf("線程2沒有結(jié)束，錯誤號%d", ret2);

    int ret1;
    ret1 = pthread_join(pt_1, NULL);
    if(ret1 == 0)
        printf("線程1已經(jīng)結(jié)束\n");
    else
        printf("線程1沒有結(jié)束，錯誤號%d\n", ret1);
    return 0;
}

the result:

$ ./pthAttrExaThis is pthread_1.
This is pthread_1.
This is pthread_1.
This is pthread_2.
This is pthread_2.
This is pthread_2.
線程2已經(jīng)結(jié)束
線程1沒有結(jié)束，錯誤號22

【4】pthread_join()
函數(shù)原型：int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
頭文件：<pthread.h>
參數(shù)：

• thread：線程標識符，即線程ID
• retval：用戶定義的指針，用來存儲被等待線程的返回值

返回值：0代表成功，失敗返回錯誤號
功能：以阻塞的方式等待thread指定的線程結(jié)束，當函數(shù)返回時，被等待線程的資源被收回。如果進程已經(jīng)結(jié)束，那么該函數(shù)會立即返回，并且thread指定的線程必須是JOINABLE的。
注意：

• 一個可“join”的線程所占用的內(nèi)存僅當有線程執(zhí)行pthread_join()后才會釋放，因此為了避免內(nèi)存泄露，所有線程終止時，要么已被設(shè)為DETACHED，要么用pthread_join()來回收資源。
• 一個線程不能被多個線程等待，否則第一個接收到信號的線程成功返回，其余調(diào)用pthread_join()的線程返回錯誤代碼ESRCH。

【4`】pthread_exit()
函數(shù)原型：void pthread_exit(void *retval);
頭文件：<pthread.h>
參數(shù)：
retval：pthread_exit()調(diào)用線程的返回值，可以用pthread_join()函數(shù)來檢索獲取。（只有當線程狀態(tài)是非分離屬性時才能正常得到這個值）
功能：退出線程。
注意：

• 線程終止最重要的問題是資源釋放的問題，特別是臨界資源的釋放。因為臨界資源在一段時間內(nèi)只能被一個線程所持有，當線程要使用臨界資源時需提交請求，如果該資源未被使用則申請成功，否則等待。臨界資源使用完畢后要釋放以便其他線程可以使用。
• 線程終止的另外一個問題是線程間的同步問題。一般情況下，進程中各個線程的運行是相互獨立的，線程的終止并不會相互通知，也不會影響其他的線程，終止的線程所占用的資源不會隨著線程的終止而歸還系統(tǒng)，而是仍為線程所在的進程持有。正如進程之間可以使用wait()系統(tǒng)調(diào)用來等待其他進程結(jié)束一樣，線程也有類似的函數(shù)：pthread_join()。

ptrExitJoin.c

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>

void assisthread(void*arg)
{
   printf("I am helping to do some jods\n");
   //sleep(3);
   printf("pthreadID:%lu\n",pthread_self());
   //pthread_exit(0);
}

int main()
{
   pthread_t assistthid;
   int status = 0;
  // pthread_attr_t attr = {0};

  // pthread_attr_init(&attr); // 屬社設(shè)置
  // pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
   printf("main pthreadID:%lu\n",pthread_self());
  // pthread_create(&assistthid,&attr,(void*)assisthread,NULL);
   pthread_create(&assistthid,NULL,(void*)assisthread,NULL);
   printf("create pthreadID:%lu\n",assistthid);
   pthread_join(assistthid,(void*)&status);//等待線程assisthread結(jié)束
   printf("assistthid's exit is caused %d\n",status);
   
   return 0;
}

【5】wait
頭文件：<sys/types.h> <sys/wait.h>
函數(shù)原型：pid_t wait(int *status)
函數(shù)說明：wait()會暫時停止目前進程的執(zhí)行, 直到有信號來到或子進程結(jié)束. 如果在調(diào)用wait()時子進程已經(jīng)結(jié)束, 則wait()會立即返回子進程結(jié)束狀態(tài)值. 子進程的結(jié)束狀態(tài)值會由參數(shù)status 返回, 而子進程的進程識別碼也會一快返回. 如果不在意結(jié)束狀態(tài)值, 則參數(shù) status 可以設(shè)成NULL. 子進程的結(jié)束狀態(tài)值請參考waitpid().
傳入值：status是一個整型變量指針，是該子進程退出的狀態(tài)。若status不為NULL，則通過它可以獲得子進程的結(jié)束狀態(tài)。另外，子進程的結(jié)束狀態(tài)可由Linux中一些特殊的宏來測試。
返回值：如果執(zhí)行成功則返回子進程識別碼（PID），如果有錯誤返回-1，失敗原因在errno中。