根据运行环境和调度者的身份，线程可分为内核线程和用户线程。内核线程，在有的系统上也称为 LWP（Light Weight Process，轻量级进程），运行在内核空间，由内核来调度；用户线程运行在用户空间，由线程库来调度。当进程的一个内核线程获得 CPU 的使用权时，它就加载并运行一个用户线程。可见，内核线程相当于用户线程运行的“容器”。一个进程可以拥有 M 个内核线程和 N 个用户线程，其中 M≤N。并且在一个系统的所有进程中，M 和 N 的比值都是固定的。按照 M:N 的取值，线程的实现方式可分为三种模式：完全在用户空间实现、完全由内核调度和双层调度。

创建线程和结束线程

pthread_create

#include<pthread.h>

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

功能

创建一个线程。

thread

新线程的标识符。

Linux 上几乎所有的资源标识符都是一个整型数，比如 socket。

attr

用于设置新线程的属性（详情见文档）。

传递 NULL 表示使用默认的线程属性。

start_routine

指定新线程将运行的函数。

arg

函数 start_routine 的参数。

返回值

成功返回 0，失败时返回错误码。

pthread_exit

如果进程中的任一线程调用了 exit()，则整个进程会终止，所以，在线程的 start_routine 函数中，不能采用 exit() 结束该线程。

线程的终止有三种方式：
① 线程的 start_routine 函数代码结束，自然消亡；
② 线程的 start_routine 函数调用 pthread_exit 结束；
③ 被主进程或其它线程中止。

#include <pthread.h>

void pthread_exit(void *retval);

功能

在 start_routine 中调用，确保安全、干净地退出当前线程。

retval

pthread_exit 通过 retval 向线程的回收者传递其退出信息，一般填空，即 0。

pthread_join

include <pthread.h>

int pthread_join(pthread_t thread, void** retval);

功能

一个进程中的所有线程都可以调用 pthread_join 函数来回收其他线程（前提是目标线程是可回收的，见后文），即等待其他线程结束。

thread

目标线程的标识符。

retval

目标线程返回的退出信息。

返回值

成功返回 0，失败返回错误码，可能的错误码如下。

EDADLK：可能引起死锁。比如两个线程互相针对对方调用 pthread_join，或者线程对自身调用 pthread_join。

EINVAL：目标线程是不可回收的，或者已经有其他线程在回收该目标线程。

ESRCH：目标线程不存在。

注意事项

该函数会一直阻塞，直到被回收的线程结束为止。

pthread_cancel

#inlude <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t thread);

功能

目标线程的标识符。

返回值

成功返回 0，失败返回错误码。

接收到取消请求的目标线程可以决定是否允许被取消以及如何取消，这分别由如下两个函数完成：

#include <pthread.h>

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);
int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);

state

设置线程的取消状态（是否运行取消），有两个可选值。

PTHREAD_CANCEL_ENABLE：运行被取消，是默认取消状态。

PTHREAD_CANCEL_DISABLE：禁止线程被取消。这种情况下，如果一个线程收到取消请求，则它会将请求挂起，直到该线程允许被取消。

oldstate

记录线程原来的取消状态。

type

设置线程的取消类型（如何取消），有两个可选值。

PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS：线程随时都可以被取消。它将使得收到取消请求的目标线程立即采取行动。

PTHREAD_CANCEL_DEFERRED：允许目标线程推迟行动，直到它到取消点。

oldtype

记录线程原来的取消类型。

线程资源的回收

线程有 joinable 和 unjoinable 两种状态，如果线程是 joinable 状态，当线程主函数终止时（自己退出或调用 pthread_exit 退出）不会释放线程所占用内存资源和其它资源，这种线程被称为“僵尸线程”。创建线程时默认是 joinable 状态的。

避免僵尸线程就是如何正确的回收线程资源，有四种方法：

方法一：创建线程后，在创建线程的程序中调用 pthread_join 等待线程退出，一般不会采用这种方法，因为 pthread_join 会发生阻塞。
```
pthread_join(pthid, NULL);
```

方法二：创建线程前，调用 pthread_attr_setdetachstate 将线程设为 detached，这样线程退出时，系统自动回收线程资源。

pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
pthread_create(&pthid, &attr, pth_main, pth_main的参数);

方法三：创建线程后，在创建线程的程序中调用 pthread_detach 将新创建的线程设置为 detached 状态。
```
pthread_detach(pthid);
```
方法四：在线程主函数中调用 pthread_detach 改变自己的状态。
```
pthread_detach(pthread_self());
```

线程同步方式

信号量

Linux 信号量 API 有两组，一组是多进程中提到的信号量，一组是此处的信号量，且功能类似。

#include <semaphore.h>

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
int sem_destroy(sem_t *sem);
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_trywait(sem_t *sem);
int sem_post(sem_t *sem);

sem_init

初始化一个信号量。

pshared：指定信号量的类型。如果其值为 0，就表示这个信号量是当前进程的局部信号量，否则该信号量就可以在多个进程之间共享。

value：指定信号量的初始值。此外，初始化一个已经被初始化的信号量将导致不可预期的结果。

sem_destroy

销毁信号量，以释放其占用的内核资源。

sem_wait

以原子操作的方式将信号量的值减 1。

如果信号量的值为 0，则 sem_wait 将被阻塞，直到这个信号量具有非 0 值。

sem_trywait

与 sem_wait 函数相似，不过它始终立即返回，而不论被操作的信号量是否具有非 0 值，相当于 sem_wait 的非阻塞版本。

当信号量的值非 0 时，sem_trywait 对信号量执行减 1 操作。

当信号量的值为 0 时，它将返回 -1 并设置 errno 为 EAGAIN。

sem_post

以原子操作的方式将信号量的值加 1。

当信号量的值大于 0 时，其他正在调用 sem_wait 等待信号量的线程将被唤醒。

返回值

上面这些函数成功时返回 0，失败则返回 -1 并设置 errno。

互斥锁

#include <pthread.h>

/* 初始化互斥锁属性对象 */
int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);

/* 销毁互斥锁属性对象 */
int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);

/* 获取和设置互斥锁的 pshared 属性 */
int pthread_mutexattr_getshared(const pthread_mutexattr_t *attr, int *pshared);
int pthread_mutexattr_setshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared);

/* 获取和设置互斥锁的 type 属性 */
int pthread_mutexattr_gettype(const pthread_mutexattr_t *attr, int *type);
int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int type);

pshared 指定是否运行跨进程共享互斥锁，可选值有两个：
- PTHREAD_PROCESS_SHARED：互斥锁可以被跨进程共享。
- PTHREAD_PROCESS_PRIVATE：互斥锁只能被和锁的初始化线程隶属于同一个进程的线程共享。
type 指定互斥锁的类型，Linux 支持 4 种类型的互斥锁：
- PTHREAD_MUTEX_NORMAL：普通锁。
- PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK：检错锁。
- PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE：嵌套锁。
- PTHREAD_MUTEX_DEFAULT：默认锁。

条件变量

如果说互斥锁是用于同步线程对共享数据的访问的话，那么条件变量则是用于在线程之间同步共享数据的值。条件变量提供了一种线程间的通知机制:当某个共享数据达到某个值的时候，唤醒等待这个共享数据的线程。

#include <pthread.h>

/* 初始化条件变量 */
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *cond_attr);

/* 销毁条件变量 */
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

/* 以广播的方式唤醒所有等待目标条件变量的线程 */
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond );

/* 唤醒一个等待目标条件变量的线程 */
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond );

/* 等待目标条件变量 */
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex );

cond

要操作的目标条件变量，条件变量的类型是 pthread_cond_t 结构体。

cond_attr

指定条件变量的属性。如果设置为 NULL，则使用默认属性。

mutex

mutex参数是用于保护条件变量的互斥锁，以确保 pthread_cond_wait 操作的原子性。

在调用 pthread_cond_wait 前，必须确保互斥锁 mutex 已经加锁，否则将导致不可预期的结果。pthread_cond_wait 函数执行时，首先把调用线程放入条件变量的等待队列中，然后将互斥锁 mutex 解锁。

进程和线程

如果一个多线程程序的某个线程调用了 fork 函数，那么新创建的子进程是否将自动创建和父进程相同数量的线程呢？

答案是“否”。子进程只拥有一个执行线程，它是调用 fork 的那个线程的完整复制。并且子进程将自动继承父进程中互斥锁（条件变量与之类似）的状态。也就是说，父进程中已经被加锁的互斥锁在子进程中也是被锁住的。这就引起了一个问题：子进程可能不清楚从父进程继承而来的互斥锁的具体状态（是加锁状态还是解锁状态)。这个互斥锁可能被加锁了，但并不是由调用 fork 函数的那个线程锁住的，而是由其他线程锁住的。如果是这种情况，则子进程若再次对该互斥锁执行加锁操作就会导致死锁。

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多线程编程