距離上一次利用高并發技術實作360度行車記錄儀功能已經過去半年了，開始寫一系列關于系統編程和網路編程內容進行總結，
溫故而知新，歡迎大家討論學習，

1 守護行程

1.1 什么是守護行程

1. 在linux系統中，我們會發現在系統啟動的時候有很多的行程就已經開始跑了，也稱為服務，這也是我們所說的守護行程，
2. 守護行程（daemon）是生存期長的一種行程，沒有控制終端，
3. 它們常常在系統引導裝入時啟動，僅在系統關閉時才終止，
4. UNIX系統有很多守護行程，守護行程程式的名稱通常以字母“d”結尾：例如，syslogd 就是指管理系統日志的守護行程
5. 通過ps行程查看器 ps -efj 的輸出實體，內核守護行程的名字出現在方括號中，大致輸出如下：
   

1.2 守護行程創建步驟

1. fork子行程，讓父行程終止，
2. 子行程呼叫，setsid()創建會話，
3. 通常根據需要，改變作業目錄chdir
4. 通常根據需要，重設umask檔案權限掩碼
5. 通常根據需要，關閉/重定向檔案描述符
6. 守護行程，業務邏輯，while（）

1.3 守護行程代碼實作（重點）

主要是理解一些概念，重點參考一下文獻，

參考文獻（非常重要）
1 掩碼+行程組+會話的描述
2 dev/null是什么
3標準輸入 標準輸出 標準錯誤

#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
void sys_err(const char *str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    pid_t pid;
    int ret, fd;
    pid = fork();
    if (pid > 0)                // 父行程終止
        exit(0);
    pid = setsid();           //創建新會話
    if (pid == -1)
        sys_err("setsid error");
    ret = chdir("/home/itcast/28_Linux");       // 改變作業目錄位置
    if (ret == -1)
        sys_err("chdir error");

    umask(0022);            // 改變檔案訪問權限掩碼

    close(STDIN_FILENO);    // 關閉檔案描述符 0標準輸入 //因為0 1 2 都是行程啟動默認啟動的

    fd = open("/dev/null", O_RDWR);  //  fd --> 0
    if (fd == -1)
        sys_err("open error");

    dup2(fd, STDOUT_FILENO); // 重定向 stdout和stderr
    dup2(fd, STDERR_FILENO);

    while (1);              // 模擬 守護行程業務.
	return 0;
}

2 執行緒

2.1 什么是執行緒

1. 輕量級行程(light-weight process)，也有 PCB，創建執行緒使用的底層函式和行程一樣，都是 clone

2. 從內核里看行程和執行緒是一樣的，都有各自不同的 PCB，但是 PCB 中指向記憶體資源的三級頁表是相同的（下圖區別行程）
   

3. 行程可以蛻變成執行緒

4. 執行緒可看做暫存器和堆疊的集合

5. 在 linux 下，執行緒最是小的執行單位；行程是最小的分配資源單位

參考：《Linux 內核源代碼情景分析》
對于行程來說，相同的地址(同一個虛擬地址)在不同的行程中，反復使用而不沖突，原因是他們雖虛擬址一樣，但，頁目錄、頁表、物理頁面各不相同，相同的虛擬址，映射到不同的物理頁面記憶體單元，最終訪問不同的物理頁
面，
但！執行緒不同！兩個執行緒具有各自獨立的 PCB，但共享同一個頁目錄，也就共享同一個頁表和物理頁面，所以兩個 PCB 共享一個地址空間，
實際上，無論是創建行程的 fork，還是創建執行緒的 pthread_create，底層實作都是呼叫同一個內核函式 clone，
如果復制對方的地址空間，那么就產出一個“行程”；如果共享對方的地址空間，就產生一個“執行緒”，
因此：Linux 內核是不區分行程和執行緒的，只在用戶層面上進行區分，所以，執行緒所有操作函式 pthread_* 是庫函式，而非系統呼叫

2.2 執行緒共享資源

1. 檔案描述符表
2. 每種信號的處理方式
3. 當前作業目錄
4. 用戶 ID 和組 ID
5. 記憶體地址空間 (.text/.data/.bss/heap/共享庫)

2.3 執行緒間非共享資源

1. 執行緒 id
2. 處理器現場和堆疊指標(內核堆疊)
3. 獨立的堆疊空間(用戶空間堆疊)
4. errno 變數
5. 信號屏蔽字
6. 調度優先級

2.4 執行緒的優缺點

優點：

1. 提高程式并發性
2. 開銷小
3. 資料通信、共享資料方便

缺點：

1. 執行緒不穩定（第三方庫函式實作）
2. 執行緒除錯困難
3. 等待使用共享資源時造成程式運行速度變慢，主要是一些獨占性的資源
4. 執行緒的死鎖，較長時間的等待或者資源競爭造成死鎖

2.5 執行緒控制原語

編譯的時候記得后面 -l pthread 畢竟第三方庫實作

2.5.1 pthread_self 函式

作用：
獲取執行緒 ID，其作用對應行程中 getpid() 函式，

• pthread_t pthread_self(void);//成功回傳本執行緒id

2.5.2 pthread_create 函式

創建一個新執行緒，起作用，對應行程中fork()函式，

• int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg); 成功回傳0，失敗回傳errno
• 引數一：表示傳出引數，表示創建的子執行緒id
• 引數二：執行緒屬性，傳NILL表使用默認屬性
• 引數三：函式指標，指向執行緒主函式(執行緒體)，該函式運行結束，則執行緒結束，
• 引數四：引數三函式的引數，空傳NULL

2.5.2.1 創建一個新執行緒，列印執行緒 ID（i值傳遞方式）

主執行緒結束，但是行程地址空間還在，其他子執行緒正常執行. 如果main中return，由于其他子執行緒函式空間是在main函式里面，所以main不能提前結束，sleep就是讓子行程中的函式執行完，（重）

注意 pthread_create 第四個引數的傳遞 ，以及后面的強制轉換，可以先去體會一下錯誤寫法（下下方的例子）

# include<stdio.h>
# include<stdlib.h>
# include<string.h>
# include<unistd.h>
# include<errno.h>
# include<pthread.h>
void* fun(void* arg)
{
	int i=(int)arg;
	sleep(i);
	printf("I am %dth thread: pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}
void sys_err(const char*str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}
int main()
{
	int i;
	int ret;
	pthread_t tid;
	for(i=0;i<5;i++)
	{
		ret = pthread_create(&tid,NULL,fun,(void*)i);
		if(ret!=0)
		{
			sys_err("pthread_creat error");
		}
	}
	sleep(i);
	return 0;
}

2.5.2.2創建一個新執行緒，列印執行緒 ID（i地址傳遞方式）（錯）

從結果很容易看出i的列印出現的問題，那是因為當我們從子行程（函式內）通過i的地址取值的時候，這個i的地址是在父行程堆疊區，這片地址存放的值i可能已經發生了變化，畢竟父行程也一直在執行

• %lu表示輸出無符號長整型整數
• 編譯指令 gcc test.c -o test -l pthread(注意加后面的)
• 需要注意的是，不要讓行程先與子執行緒結束，畢竟共享一片記憶體空間（代碼中的sleep）
  

# include<stdio.h>
# include<stdlib.h>
# include<string.h>
# include<unistd.h>
# include<errno.h>
# include<pthread.h>
void* fun(void* arg)
{
	int i=*((int*)arg);
	sleep(i);
	printf("I am %dth thread: pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}
void sys_err(const char*str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}
int main()
{
	int i;
	int ret;
	pthread_t tid;
	for(i=0;i<5;i++)
	{
		ret = pthread_create(&tid,NULL,fun,(void*)&i);
		if(ret!=0)
		{
			sys_err("pthread_creat error");
		}
	}
	sleep(i);
	return 0;
}

2.5.3 pthread_exit 函式

作用：
將單個執行緒退出

• void pthread_exit(void *retval); 引數：retval 表示執行緒退出狀態，通常傳 NULL

2.5.3.1 pthread_exit和exit return比較（重）

直接說結論：

1. 執行緒中，禁止使用 exit 函式，會導致行程內所有執行緒全部退出，

2. return 在子執行緒是沒有問題的，他是退出到函式呼叫的位置，也算是執行緒結束，畢竟執行緒也就是一個函式呼叫罷了，

3. pthread_exit 執行緒退出而不是行程退出切記，
   舉個例子放下面，注釋部分自己去掉試試就懂了

4. 主控執行緒退出時不能 return 或 exit，(重)

# include<stdio.h>
# include<stdlib.h>
# include<string.h>
# include<unistd.h>
# include<errno.h>
# include<pthread.h>
void* fun(void* arg)
{
	int i=(int)arg;
	if(i==2)
	{
		//return 0;
		//exit(0);
		//pthread_exit(NULL);
	}
	sleep(i);
	printf("I am %dth thread: pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}
void sys_err(const char*str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}
int main()
{
	int i;
	int ret;
	pthread_t tid;
	for(i=0;i<5;i++)
	{
		ret = pthread_create(&tid,NULL,fun,(void*)i);
		if(ret!=0)
		{
			sys_err("pthread_creat error");
		}
	}
	sleep(i);
	return 0;
}

2.5.3.2 pthread_exit 替代 主執行緒sleep+return （重）

主執行緒結束，但是行程地址空間還在，其他子執行緒正常執行. 如果main中return ，由于其他子執行緒函式空間是在main函式里面，所以main不能提前結束，

# include<stdio.h>
# include<stdlib.h>
# include<string.h>
# include<unistd.h>
# include<errno.h>
# include<pthread.h>
void* fun(void* arg)
{
	int i=(int)arg;
	if(i==2)
	{
		//return 0;
		//exit(0);
		//pthread_exit(NULL);
	}
	sleep(i);
	printf("I am %dth thread: pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	return NULL;
}
void sys_err(const char*str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}
int main()
{
	int i;
	int ret;
	pthread_t tid;
	for(i=0;i<5;i++)
	{
		ret = pthread_create(&tid,NULL,fun,(void*)i);
		if(ret!=0)
		{
			sys_err("pthread_creat error");
		}
	}
	pthread_exit(NULL);
	
}

2.5.4 pthread_join 函式（重）

作用：
阻塞等待執行緒退出，獲取執行緒退出狀態 其作用，對應行程中 waitpid() 函式

補充：任意執行緒得到其他執行緒的pid都可以回收，沒有父執行緒回收子執行緒的說法，而行程需要父行程回收子行程，

• int pthread_join(pthread_t thread, void **retval); 成功：0；失敗：錯誤號

2.5.4.1 pthread_join 舉例使用

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

typedef struct {
	int a;
	int b;
} exit_t;

void *tfn(void *arg)
{
	exit_t *ret;
	ret = malloc(sizeof(exit_t)); 

	ret->a = 100;
	ret->b = 300;

	pthread_exit((void *)ret);
}

int main(void)
{
	pthread_t tid;
	exit_t *retval;

	pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);

	/*呼叫pthread_join可以獲取執行緒的退出狀態*/
	pthread_join(tid, (void **)&retval);      //wait(&status);
	printf("a = %d, b = %d \n", retval->a, retval->b);

	return 0;
}

2.5.5 pthread_detach 函式

作用：
實作執行緒分離，執行緒結束后，自動釋放資源，無需pthread_join() 回收資源，

• int pthread_detach(pthread_t thread); 成功：0；失敗：錯誤號

執行緒分離狀態：指定該狀態，執行緒主動與主控執行緒斷開關系，執行緒結束后，其退出狀態不由其他執行緒獲取，而直接自己自動釋放，網路、多執行緒服務器常用，
行程若有該機制，將不會產生僵尸行程，僵尸行程的產生主要由于行程死后，大部分資源被釋放，一點殘留資源仍存于系統中，導致內核認為該行程仍存在，
也可使用 pthread_create 函式參 2(執行緒屬性)來設定執行緒分離，

2.5.5.1 detach分離后 join出現的情況

符合pthread_detach作用，分離獨立，主執行緒無法再等待回收子執行緒資源，

# include<stdio.h>
# include<stdlib.h>
# include<string.h>
# include<unistd.h>
# include<errno.h>
# include<pthread.h>
void* fun(void* arg)
{
	int i=(int)arg;
	
	printf("I am %dth thread: pid=%d,tid=%lu\n",i+1,getpid(),pthread_self());
	sleep(10);
	return NULL;
}
void sys_err(const char*str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}
int main()
{
	int i=1;
	int ret;
	pthread_t tid;
	ret = pthread_create(&tid,NULL,fun,(void*)i);
	if(ret!=0)
	{
		sys_err("pthread_creat error");
	}
	ret=pthread_detach(tid);
	if(ret==0)
	{
		printf("success pthread_detach\n");
	}
	ret = pthread_join(tid,NULL);
	if(ret!=0)
	{
		printf("pthread_join error\n");
	}	
	pthread_exit(NULL);
	
}

2.5.6 pthread_cancel 函式

作用：
殺死(取消)執行緒 其作用，對應行程中 kill() 函式，

• int pthread_cancel(pthread_t thread); 成功：0；失敗：錯誤號

執行緒的取消并不是實時的，而有一定的延時，需要等待執行緒到達某個取消點(檢查點)，
取消點：是執行緒檢查是否被取消，并按請求進行動作的一個位置，通常是一些系統呼叫
creat，open，pause， close，read，write… 執行命令 man 7 pthreads
可以查看具備這些取消點的系統呼叫串列，也可參閱 APUE.12.7 取消選項小節，
可粗略認為一個系統呼叫(進入內核)即為一個取消點，如執行緒中沒有取消點，可以通過呼叫pthread_testcancel函式自行設定一個取消點，

2.6 執行緒行程控制原語比對

2.7 執行緒屬性注意事項（重）

1. 主執行緒退出其他執行緒不退出，主執行緒應呼叫 pthread_exit
2. 避免僵尸執行緒
   pthread_join
   pthread_detach
   pthread_create 指定分離屬性
   被 join 執行緒可能在 join 函式回傳前就釋放完自己的所有記憶體資源，所以不應當回傳被回收執行緒堆疊中的值;
3. malloc 和 mmap 申請的記憶體可以被其他執行緒釋放
4. 應避免在多執行緒模型中呼叫 fork 除非，馬上 exec，子行程中只有呼叫 fork 的執行緒存在，其他執行緒在子行程
   中均 pthread_exit
5. 信號的復雜語意很難和多執行緒共存，應避免在多執行緒引入信號機制

如有錯誤歡迎指出…