Linux之线程的创建方式

下面详细讲解Linux线程的创建方式。

创建线程的方式

在Linux中，我们可以通过pthread库来创建线程，其中比较常用的三种方式分别是：

1. 使用pthread_create函数来创建线程。
2. 使用fork函数创建进程，然后使用pthread_create函数在新进程中创建线程。
3. 使用clone系统调用来创建线程。

下面分别对这三种方式进行详细说明。

使用pthread_create函数创建线程

pthread_create函数的声明如下：

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

其中，thread参数是一个指向pthread_t类型变量的指针，用于存储新创建线程的ID。attr参数用于指定线程的属性，一般使用默认属性即可，传入NULL即可。start_routine参数是线程的入口函数，arg参数是传给线程函数的参数，如果不需要传递参数，也可以传入NULL。

下面是一个简单的例子，创建一个新线程来输出一个字符串：

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

void *my_thread_func(void *arg)
{
    char *str = (char *)arg;  // 将参数转换为字符串指针类型
    printf("%s\n", str);
    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    char *str = "Hello, world!";

    // 创建一个新线程，执行my_thread_func函数，传入参数str
    pthread_create(&tid, NULL, my_thread_func, (void *)str);
    // 等待新线程结束
    pthread_join(tid, NULL);

    return 0;
}

在上面的例子中，我们使用pthread_create函数创建了一个新线程，并将其ID存储在了tid变量中。新线程执行的函数是my_thread_func，它的参数是一个字符串指针，指向字符串"Hello, world!"。在my_thread_func函数中，我们将传入的字符串打印出来。最后，使用pthread_join函数等待新线程结束。

使用fork函数和pthread_create函数创建线程

我们也可以使用fork函数创建子进程，然后在子进程中使用pthread_create函数创建线程。这种方式的优点是，可以避免线程之间的竞争问题。

下面是一个简单的例子，创建一个子进程，在子进程中创建一个新线程：

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

void *my_thread_func(void *arg)
{
    char *str = (char *)arg;  // 将参数转换为字符串指针类型
    printf("%s\n", str);
    return NULL;
}

int main()
{
    pid_t pid;
    pthread_t tid;
    char *str = "Hello, world!";

    // 创建子进程
    if ((pid = fork()) < 0) {
        perror("fork error");
        exit(1);
    }
    // 在子进程中创建新线程
    else if (pid == 0) {
        pthread_create(&tid, NULL, my_thread_func, (void *)str);
        pthread_join(tid, NULL);
    }

    return 0;
}

在上面的例子中，我们首先使用fork函数创建了一个子进程。在子进程中，我们再使用pthread_create函数创建了一个新线程，并将其ID存储在了tid变量中。然后，等待新线程结束。需要注意的是，这种方式创建的线程与主线程并不共享相同的地址空间，因此需要使用fork函数创建子进程。

使用clone系统调用创建线程

clone系统调用是Linux中创建线程的底层方法。下面是clone函数的定义：

#include <sched.h>

int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg, ...
           /* pid_t *ptid, struct user_desc *tls, pid_t *ctid */ );

其中，fn参数是线程的入口函数。child_stack参数指定新线程的栈空间，可以传入NULL，这样系统会自动为新线程分配栈空间。flags参数是标志位，用于指定新线程与父进程之间共享的资源，比如文件描述符、信号处理器等等。如果不需要共享资源，可以传入CLONE_VM标志位。arg参数是传给线程函数的参数，如果不需要传递参数，也可以传入NULL。

下面是一个简单的例子，使用clone函数创建一个新线程：

#define _GNU_SOURCE  // 在使用clone前宏定义该宏
#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

#define STACK_SIZE (1024 * 1024)

static char child_stack[STACK_SIZE];

void *my_thread_func(void *arg)
{
    char *str = (char *)arg;  // 将参数转换为字符串指针类型
    printf("%s\n", str);
    return NULL;
}

int main()
{
    pid_t pid;
    char *str = "Hello, world!";

    // 创建一个新线程
    pid = clone(my_thread_func, child_stack + STACK_SIZE, CLONE_VM | SIGCHLD, (void *)str);
    if (pid < 0) {
        perror("clone error");
        exit(1);
    }
    // 等待新线程结束
    waitpid(pid, NULL, 0);

    return 0;
}

在上面的例子中，我们首先宏定义了_GNU_SOURCE，这个宏是为了指定使用GNU的一些扩展函数，其中包括clone函数。然后，在main函数中，我们使用clone函数创建一个新线程，并将线程函数的地址作为第一个参数传入。新线程共享父进程的地址空间，因此传入CLONE_VM标志位。新线程的栈空间是child_stack数组的末尾，参数flags指定了在新线程创建后向父进程发送信号SIGCHLD。最后，使用waitpid函数等待新线程结束。

结束语

以上就是在Linux中创建线程的三种方式。其中，使用pthread_create函数是最常用的方法，也是最方便的方法。使用fork函数和pthread_create函数创建线程可以有效避免线程之间的竞争问题，但会导致代码复杂度提高。使用clone函数则是底层的创建线程方法，可以更加细粒度地控制新线程的行为。