在Linux操作系统中，线程是轻量级的执行单元，它们共享进程的资源（如内存空间、文件描述符等），同时拥有独立的执行上下文，线程的创建和管理是多任务编程的核心内容之一，而Linux提供了多种机制来支持线程的创建，其中最常用的是基于POSIX标准的线程库（pthread），本文将围绕Linux环境下子线程的创建、管理、同步及生命周期等关键方面展开详细讨论。
线程与进程的关系
在深入探讨线程创建之前，需明确线程与进程的区别，进程是操作系统资源分配的基本单位，拥有独立的虚拟地址空间和系统资源；而线程是进程内的执行单元，多个线程共享进程的资源，如代码段、数据段、堆等，但每个线程拥有独立的栈空间和寄存器上下文，这种共享特性使得线程间的通信和数据交换更为高效，但也带来了同步问题，Linux内核本身并没有“线程”的概念，它将线程视为轻量级进程（Light Weight Process, LWP），通过调度器统一管理，而用户空间的线程库（如pthread）则负责线程的创建、同步和销毁等管理工作。
使用pthread库创建线程
POSIX线程（pthread）是Linux下最常用的线程编程接口，其定义在<pthread.h>头文件中，创建线程的核心函数是pthread_create,其原型如下：
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);
thread：指向线程标识符的指针,用于后续操作线程。attr：线程属性指针，如栈大小、调度策略等,若为NULL则使用默认属性。start_routine：线程函数的入口地址，线程启动后执行该函数，其参数为arg，返回类型为void*。arg：传递给线程函数的参数，若需传递多个参数,需通过结构体封装。
创建一个简单的线程：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
void *thread_func(void *arg) {
int num = *(int *)arg;
printf("Thread running with argument: %d\n", num);
sleep(2); // 模拟耗时操作
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread;
int arg = 100;
if (pthread_create(&thread, NULL, thread_func, &arg) != 0) {
perror("Failed to create thread");
return 1;
}
printf("Main thread continues...\n");
pthread_join(thread, NULL); // 等待线程结束
printf("Thread finished.\n");
return 0;
}
编译时需链接pthread库：gcc -o thread_example thread_example.c -lpthread。
线程属性与资源管理
线程属性决定了线程的调度行为、资源限制等特性，通过pthread_attr_t结构体可以设置这些属性,常用属性包括：
- 栈大小：通过
pthread_attr_setstacksize和pthread_attr_getstacksize设置和获取线程栈大小，默认栈大小通常为8MB（32位系统）或16MB（64位系统），但可通过attr参数调整。 - 分离状态：线程分为可分离（detached）和可连接（joinable）两种，可分离线程在结束后自动释放资源，而可连接线程需通过
pthread_join回收资源，否则会导致资源泄漏，使用pthread_attr_setdetachstate设置：pthread_attr_t attr; pthread_attr_init(&attr); pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); // 设置为分离状态
- 调度策略：可通过
pthread_attr_setschedpolicy设置调度策略（如SCHED_FIFO、SCHED_RR等）,需配合实时权限使用。
线程同步机制
由于多个线程共享进程资源，若同时访问共享数据，可能引发数据竞争（Data Race）,Linux提供了多种同步机制来保证线程安全：
- 互斥锁（Mutex）：用于保护临界区，确保同一时间只有一个线程访问共享资源，通过
pthread_mutex_t实现，核心操作包括pthread_mutex_lock（加锁）、pthread_mutex_unlock（解锁）和pthread_mutex_trylock（尝试加锁，不阻塞）。 - 条件变量（Condition Variable）：与互斥锁配合使用，实现线程间的等待/通知机制，通过
pthread_cond_t实现，pthread_cond_wait会释放互斥锁并等待条件满足，pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast用于唤醒等待的线程。 - 读写锁（RWLock）：允许多个读线程同时访问资源，但写线程独占资源，适用于读多写少的场景，通过
pthread_rwlock_t实现。
线程的生命周期与资源回收
线程的生命周期从创建开始，直到终止或取消,线程终止的方式包括：
- 线程函数正常返回：返回值可通过
pthread_join获取。 - 调用
pthread_exit：主动终止线程,可传递返回值。 - 被其他线程取消：通过
pthread_cancel取消目标线程，取消状态可通过pthread_setcanceltype设置（如延迟取消或立即取消）。
对于可连接线程，必须调用pthread_join回收线程资源，否则线程会处于“僵尸”状态，占用系统资源，分离线程则无需手动回收,资源在其终止后自动释放。
线程的注意事项
- 避免死锁：在使用互斥锁时，需确保加锁和解锁的配对,避免因锁的顺序不当导致死锁。
- 信号处理：线程的信号处理与进程不同，默认情况下，信号会被整个进程的所有线程共享，可通过
pthread_sigmask设置线程的信号掩码。 - 性能考虑：线程的创建和切换比进程轻量，但过多的线程仍会增加调度开销，需根据任务类型合理设置线程数量（如CPU密集型任务建议线程数不超过CPU核心数）。
Linux下的线程编程是并发开发的基础，通过pthread库可以高效地创建和管理线程，结合同步机制实现复杂的并发任务，理解线程与进程的关系、掌握线程属性设置、同步机制及生命周期管理，是编写稳定、高效多线程程序的关键，在实际开发中，需根据具体场景选择合适的线程模型，并注意避免常见的并发问题,以确保程序的正确性和性能。
