Linux线程（二）线程ID及创建线程详解

1.线程ID

就像每个进程都有一个进程 ID 一样，每个线程也有其对应的标识，称为线程 ID。进程 ID 在整个系统中是唯一的，但线程 ID 不同，线程 ID 只有在它所属的进程上下文中才有意义。

进程 ID 使用 pid_t 数据类型来表示，它是一个非负整数。而线程 ID 使用 pthread_t 数据类型来表示，一个线程可通过库函数 pthread_self()来获取自己的线程 ID，其函数原型如下所示：

#include <pthread.h>pthread_t pthread_self(void);

使用该函数需要包含头文件<pthread.h>。

该函数调用总是成功，返回当前线程的线程 ID。

可以使用 pthread_equal()函数来检查两个线程 ID 是否相等，其函数原型如下所示：

#include <pthread.h>int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

如果两个线程 ID t1 和 t2 相等，则 pthread_equal()返回一个非零值；否则返回 0。在 Linux 系统中，使用无符号长整型（unsigned long int）来表示 pthread_t 数据类型，但是在其它系统当中，则不一定是无符号长整型，所以我们必须将 pthread_t 作为一种不透明的数据类型加以对待，所以 pthread_equal()函数用于比较两个线程 ID 是否相等是有用的。

线程 ID 在应用程序中非常有用，原因如下：

很多线程相关函数，譬如后面将要学习的 pthread_cancel()、pthread_detach()、pthread_join()等，它们都是利用线程 ID来标识要操作的目标线程；
在一些应用程序中，以特定线程的线程 ID作为动态数据结构的标签，这某些应用场合颇为有用，既可以用来标识整个数据结构的创建者或属主线程，又可以确定随后对该数据结构执行操作的具体线程。

2.创建线程

启动程序时，创建的进程只是一个单线程的进程，称之为初始线程或主线程，本小节我们讨论如何创建一个新的线程。

主线程可以使用库函数 pthread_create()负责创建一个新的线程，创建出来的新线程被称为主线程的子线程，其函数原型如下所示：

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);

使用该函数需要包含头文件<pthread.h>。

函数参数和返回值含义如下：

thread：

pthread_t 类型指针，当 pthread_create()成功返回时，新创建的线程的线程 ID 会保存在参数 thread所指向的内存中，后续的线程相关函数会使用该标识来引用此线程。

attr：

pthread_attr_t 类型指针，指向 pthread_attr_t 类型的缓冲区，pthread_attr_t 数据类型定义了线程的各种属性，关于线程属性将会在 11.8 小节介绍。如果将参数 attr 设置为 NULL，那么表示将线程的所有属性设置为默认值，以此创建新线程。

start_routine：

参数 start_routine 是一个函数指针，指向一个函数，新创建的线程从 start_routine()函数开始运行，该函数返回值类型为void *，并且该函数的参数只有一个void *，其实这个参数就是pthread_create()函数的第四个参数 arg。如果需要向 start_routine()传递的参数有一个以上，那么需要把这些参数放到一个结构体中，然后把这个结构体对象的地址作为 arg 参数传入。

arg：

传递给 start_routine()函数的参数。一般情况下，需要将 arg 指向一个全局或堆变量，意思就是说在线程的生命周期中，该 arg 指向的对象必须存在，否则如果线程中访问了该对象将会出现错误。当然也可将参数 arg 设置为 NULL，表示不需要传入参数给 start_routine()函数。

返回值：

成功返回 0；失败时将返回一个错误号，并且参数 thread 指向的内容是不确定的。

注意 pthread_create()在调用失败时通常会返回错误码，它并不像其它库函数或系统调用一样设置 errno，每个线程都提供了全局变量 errno 的副本，这只是为了与使用 errno 到的函数进行兼容，在线程中，从函数中返回错误码更为清晰整洁，不需要依赖那些随着函数执行不断变化的全局变量，这样可以把错误的范围限制在引起出错的函数中。

线程创建成功，新线程就会加入到系统调度队列中，获取到 CPU 之后就会立马从start_routine()函数开始运行该线程的任务；调用 pthread_create()函数后，通常我们无法确定系统接着会调度哪一个线程来使用CPU 资源，先调度主线程还是新创建的线程呢（而在多核 CPU 或多 CPU 系统中，多核线程可能会在不同的核心上同时执行）？如果程序对执行顺序有强制要求，那么就必须采用一些同步技术来实现。这与前面学习父、子进程时也出现了这个问题，无法确定父进程、子进程谁先被系统调度。

使用示例使用 pthread_create()函数创建一个除主线程之外的新线程，示例代码如下所示：

//示例代码 11.3.1 pthread_create()创建线程使用示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>static void *new_thread_start(void *arg) {printf("新线程: 进程 ID<%d> 线程 ID<%lu>\\n", getpid(), pthread_self());return (void *)0; 
}int main(void) {pthread_t tid;int ret;ret = pthread_create(&tid, NULL, new_thread_start, NULL);if (ret) {fprintf(stderr, "Error: %s\\n", strerror(ret));exit(-1);}printf("主线程: 进程 ID<%d> 线程 ID<%lu>\\n", getpid(), pthread_self());sleep(1);exit(0);
}

应该将 pthread_t 作为一种不透明的数据类型加以对待，但是在示例代码中需要打印线程 ID，所以要明确其数据类型，示例代码中使用了 printf()函数打印线程 ID 时，将其作为 unsigned long int 数据类型，在 Linux系统下，确实是使用 unsigned long int 来表示 pthread_t，所以这样做没有问题！

主线程休眠了 1 秒钟，原因在于，如果主线程不进行休眠，它就可能会立马退出，这样可能会导致新创建的线程还没有机会运行，整个进程就结束了。

在主线程和新线程中，分别通过 getpid()和 pthread_self()来获取进程 ID 和线程 ID，将结果打印出来，运行结果如下所示：