目录
1.线程概念
1.1 线程的核心特点
1.2线程的工作模型
1.3线程的潜在问题
1.4 进程和线程区别
1.4.1执行与调度
1.4.2进程和线程区别对比表
1.4.3应用场景
1.4.4总结
2.线程的创建
2.1验证进程结束后，进程中所有的线程都会强制退出
2.2线程函数正常执行
3.线程调度机制
3.1调度策略与优先级
3.2不同调度策略的对比
3.3 调度触发机制
3.4 线程默认调度机制验证
4.线程函数传参
1.线程概念
1.1 线程的核心特点
- 内存空间（堆、全局变量）
- 打开的文件、网络连接等
- 代码段（程序指令）
- 环境变量
线程间通信可直接通过共享内存，无需复杂的进程间通信（IPC）。
- 线程ID（TID）
- 程序计数器（PC）
- 寄存器集合
- 栈空间（用于保存局部变量、函数调用链）
1.2线程的工作模型
1.3线程的潜在问题
- 内存消耗增加（每个线程需独立栈空间）。
- CPU频繁切换线程，降低效率。
1.4 进程和线程区别
1.4.1执行与调度
（1）进程： 操作系统以进程为单位分配CPU时间片，进程是资源分配的基本单位。
多进程程序可以充分利用多核CPU（并行执行）。
（2）线程： 线程是CPU调度的基本单位，同一进程的线程共享进程的时间片。
多线程程序在单核CPU上通过时间片切换实现“并发”，在多核CPU上可实现并行。
1.4.2进程和线程区别对比表
| 特性 | 进程 | 线程 |
|---|---|---|
| 资源独立性 | 独立内存和资源 | 共享进程内存和资源 |
| 创建/切换开销 | 高 | 低 |
| 通信成本 | 高（需IPC） | 低（直接共享内存） |
| 容错性 | 高（崩溃不影响其他进程） | 低（线程崩溃可能影响整个进程） |
| 适用场景 | 隔离性要求高、任务独立 | 高并发、数据共享需求高 |
1.4.3应用场景
（1）适合多进程的场景：
需要高隔离性（如浏览器、虚拟机）。
任务间无紧密协作，且需避免单点故障。
（2）适合多线程的场景：
需要高效共享数据（如Web服务器处理并发请求）。
计算密集型任务拆分到多核并行处理（如科学计算）。
1.4.4总结
2.线程的创建
函数原型：
#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。参数：
thread：线程标识符地址。
attr：线程属性结构体地址（默认 NULL）。
start_routine：线程函数的入口地址。
arg：传给线程函数的参数。返回值：
成功：返回 0
失败：返回错误码（如 EAGAIN 表示资源不足，EINVAL 表示属性无效）2.1验证进程结束后，进程中所有的线程都会强制退出
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>//由于线程库原本不是系统本身的，所以在链接时需要手动链接库文件 gcc *.c -lpthreadvoid *thread_fun(void *arg)
{printf("子线程正在运行\n");
}int main(int argc, char const *argv[])
{printf("主控线程正在执行\n");pthread_t thread;//通过pthread_create函数创建子线程if(pthread_create(&thread, NULL, thread_fun, NULL) != 0){perror("fail to pthread_create");//创建失败exit(1);//退出}//由于进程结束后，进程中所有的线程都会强制退出，所以现阶段不要让进程退出// while(1);return 0;
}
运行结果：编译时加-lpthread， gcc 01_pthread.c -lpthread
程序运行时，main函数执行完直接退出，线程也会退出，执行线程的函数未执行。
2.2线程函数正常执行
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>//由于线程库原本不是系统本身的，所以在链接时需要手动链接库文件 gcc *.c -lpthreadvoid *thread_fun(void *arg)
{printf("子线程正在运行\n");
}int main(int argc, char const *argv[])
{printf("主控线程正在执行\n");pthread_t thread;//通过pthread_create函数创建子线程if(pthread_create(&thread, NULL, thread_fun, NULL) != 0){perror("fail to pthread_create");//创建失败exit(1);//退出}//sleep(1); // 使用sleep() 也能保证线程函数执行。//由于进程结束后，进程中所有的线程都会强制退出，所以现阶段不要让进程退出while(1);return 0;
}
3.线程调度机制
3.1调度策略与优先级
（1）普通线程调度
默认策略：采用 完全公平调度器（CFS），基于时间片轮转和进程的 nice 值分配 CPU 时间。
调度目标：保证所有线程公平使用 CPU，运行时间与 nice 值成反比（nice 值范围：-20~19，默认 0）。
（2）实时线程调度
策略类型：
SCHED_FIFO：先进先出，高优先级线程独占 CPU 直至主动释放或阻塞。
SCHED_RR：时间片轮转，高优先级线程运行固定时间片（默认 100ms）后被抢占。
优先级范围：实时线程优先级为 1~99（1最低，99最高），始终优先于普通线程。
（3）优先级管理 实时线程优先级通过 sched_setscheduler 设置，普通线程优先级通过 nice 调整。 调度器优先执行高优先级线程队列的头部线程，同优先级按策略（FIFO/RR）排序。
3.2不同调度策略的对比
| 调度策略 | 调度机制 | 是否依赖时间片 | 上下文切换触发条件 |
|---|---|---|---|
| CFS（普通线程） | 基于虚拟时间公平分配 CPU | 否 | vruntime 差距过大、高优先级线程就绪 |
| SCHED_RR | 固定时间片轮转 | 是（如 100ms） | 时间片耗尽、更高优先级线程就绪 |
| SCHED_FIFO | 先进先出，无时间片限制 | 否 | 线程主动让出或更高优先级线程抢占 |
| SCHED_DEADLINE | 优先执行截止时间（Deadline）最近的线程 | 否 | Deadline 到期或更高优先级线程就绪 |
3.3 调度触发机制
（1）调度时机
主动触发：系统调用返回、线程阻塞/唤醒、线程退出。
被动触发：时钟中断（检查时间片耗尽）、高优先级线程就绪。
抢占规则：高优先级线程可抢占低优先级线程，实时线程可抢占普通线程。
（2）时间片分配
实时线程时间片固定（如 RR 策略的 100ms），普通线程时间片由 CFS 动态计算（基于 nice 值和系统负载）。
3.4 线程默认调度机制验证
程序：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>//一个进程中的多个线程执行顺序是不确定的，没有先后顺序可言
//多线程执行时跟进程一样，是来回切换运行的，跟进程的调度机制一样void *pthread_fun1(void *arg)
{printf("子线程1开头 正在运行\n");sleep(1);printf("子线程1结尾 正在运行\n");
}void *pthread_fun2(void *arg)
{printf("子线程2开头 正在运行\n");sleep(1);printf("子线程2结尾 正在运行\n");
}void *pthread_fun3(void *arg)
{printf("子线程3开头 正在运行\n");sleep(1);printf("子线程3结尾 正在运行\n");
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t thread1, thread2, thread3;if(pthread_create(&thread1, NULL, pthread_fun1, NULL) != 0){perror("fail to pthread_create thread1");}if(pthread_create(&thread2, NULL, pthread_fun2, NULL) != 0){perror("fail to pthread_create thread2");}if(pthread_create(&thread3, NULL, pthread_fun3, NULL) != 0){perror("fail to pthread_create thread3");}while(1);return 0;
}
运行结果：
一个进程中的多个线程执行顺序是不确定的，多线程执行时跟进程一样，是来回切换运行的，跟进程的调度机制一样。
4.线程函数传参
程序：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>int num = 100;//全局变量，线程共享内存//线程处理函数可以认为就是一个普通的全局函数，只不过与普通函数最大的区别
//在于，线程处理函数是并行执行，来回交替执行，但是普通函数一定是按照顺序一个一个执行
void *pthread_fun1(void *arg)
{printf("子线程1：num = %d\n", num);num++;//修改全局变量，其他线程获取到的是修改后的值int n = *(int *)arg;// arg强转为 int *printf("main函数局部变量a修改前，在子线程1为： %d\n", n);*(int *)arg = 111;//修改局部变量 a ，其他线程获取到的是修改后的值n = *(int *)arg;printf("main函数局部变量a修改后，在子线程1为： %d\n", n);
}void *pthread_fun2(void *arg)
{sleep(1);//保证 pthread_fun1 先执行完printf("子线程2：num = %d\n", num);int n = *(int *)arg;printf("main函数局部变量a，在子线程2为： %d\n", n);
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t thread1, thread2;int a = 666;if(pthread_create(&thread1, NULL, pthread_fun1, (void *)&a) != 0){perror("fail to pthread_create");}if(pthread_create(&thread2, NULL, pthread_fun2, (void *)&a) != 0){perror("fail to pthread_create");}while(1);return 0;
}运行结果：全局变量、局部变量在线程1修改后，执行线程2获取到的变量为修改后变量。
