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(pthread) 简介
一 概述
Pthread是一套通用的线程库, 它广泛的被各种Unix所支持, 是由POSIX提出的. 因此,
它具有很好的可移植性.
例1:
/**/
#include
<
pthread.h
>
void
*
pp(
void
*
arg)
{
while
(
1
)
{
printf(
"
%s/n
"
, (
char
*
)arg);
sleep(
2
);
}
return
NULL;
}
main()
{
pthread_t pid;
pthread_create(
&
pid, NULL, pp,
"
hello world
"
);
while
(
1
)
{
printf(
"
I am main thread/n
"
);
sleep(
1
);
}
}
执行：
gcc test.c -lpthread
./a.out
输出：
I
am main thread
hello world
I am main thread
hello
world
............
二 返回值
也应该看到了, 每一个线程的返回值是void
*.
有两种方法返回:
1 return pointer;
2
pthread_exit(pointer);
这两种方法是一样的.
那么,
其他的线程是如何得到这个返回值的呢?
用这个函数:
int pthread_join(pthread_t TH,
void **thread_RETURN);
一个线程有两种状态, joinable 即系统保留线程的返回值,
直到有另外一个线程将它取走. detach系统不保留返回值.
下面的函数用于detach:
int
pthread_detach (pthread_t TH);
pthread_t pthread_self();
可以返回自己的id. 通常, 我们用下列的语句来detach自己:
pthread_detach(pthread_self());
三 Mutex
Mutex用于解决互斥问题. 一个Mutex是一个互斥装置, 用于保护临界区和共享内存. 它有两种状态locked, unlocked.
它不能同时被两个线程所拥有.
下面的函数用于处理Mutex:
初始化一个Mutex
int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t *MUTEX, const
pthread_mutexattr_t *MUTEXATTR);
锁定一个Mutex
int
pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *mutex));
试图锁定一个Mutex
int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *MUTEX);
结锁一个Mutex
int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *MUTEX);
销毁一个Mutext
int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t *MUTEX);
它的锁一共有三种: "fast", "recursive", or "error checking"
进行lock操作时:
如处于unlock状态, lock它, 即排斥占有。
在被其他线程lock的时候,
挂起当前线程,
直到被其他线程unlock
在已经被自己lock的时候,
"fast"
挂起当前线程.
"resursive" 成功并立刻返回当前被锁定的次数
"error
checking" 立刻返回EDEADLK
进行unlock操作时:
解锁.
"fast" 唤醒第一个被锁定的线程
"recursive"
减少lock数(这个数仅仅是被自己lock的, 不关其它线程的) 当lock数等于零的
时候, 才被unlock并唤醒第一个被锁定的线程.
"error check" 会检查是不是自己lock的,
如果不是返回EPERM. 如果是唤 醒第一个被锁定的线程,
通常, 我们用一些静态变量来初始化mutex.
"fast" `PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER'
"recursive"
`PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP'
"error check"
`PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP'
注意: _NP 表示no
portable不可移植
例如:
// "fast" type mutex
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
... ...
pthread_mutext_lock(&mutex);
fwrite(buffer, 1,
strlen(buffer), file);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
... ...
四 Condition Variable (条件变量)
也是一种用于同步的device.
允许一个进程将自己挂起等待一个条件变量被改变状态.
有下列几个函数:
int
pthread_cond_init (pthread_cond_t *COND,pthread_condattr_t *cond_ATTR);
int pthread_cond_signal (pthread_cond_t *COND);
int
pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t *COND);
int
pthread_cond_wait (pthread_cond_t *COND, pthread_mutex_t *MUTEX);
int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t *COND, pthread_mutex_t
*MUTEX, const struct timespec *ABSTIME);
int pthread_cond_destroy
(pthread_cond_t *COND);
我想看看名字就可以知道它们的用途了.
通常我们也使用静态变量来初始化一个条件变量.
Example:
pthread_cond_t cond =
PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_signal
用于唤醒一个被锁定的线程.
pthread_cond_broadcast 用于唤醒所有被锁定的线程.
pthread_cond_wait 用于等待.
为了解决竞争问题(即一个线程刚要去wait而另一个线程已经signal了), 它要与一个mutex连用.
看一看下面的例子:
intx,y;
pthread_mutex_t mut
=
PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond
=
PTHREAD_COND_INITIALIZER;
//
Waiting until X is greater than Y is performed as follows:
pthread_mutex_lock(
&
mut);
while
(x
<=
y)
{
pthread_cond_wait(
&
cond,
&
mut);
}
/*
operate on x and y
*/
pthread_mutex_unlock(
&
mut);
pthread_cond_wait的执行过程如下:
1. 首先, 它unlock the mutex, then
挂起当前的线程.
2. 当被唤醒的时候, 它会lock the mutex.
这样就保证了这是一个临界区.
五
Thread-Specific Data (TSD)
说白了就是线程中使用的静态变量.
大家可以很容易的理解为什么使用静态变量函数不是线程安全的(也就是它们一定要很小心的在线程中使用).
而使用静态变量又是很方便的, 这就产生了 thread-specific data. 可以把它理解为一个指针数组, 但对于每个线程来说是唯一的.
Example:
int func()
{
char *p;
p = strdup(thread-specific-data[1]);
... ...
}
void *pthread-1(void *arg)
{
... ...
func()
... ...
}
void *pthread-2(void *arg)
{
... ...
func()
... ...
}
不同的线程调用func产生的结果是不同的. 这只是个例子.
int
pthread_key_create(pthread_key_t *KEY, void (*destr_function) (void *));
int pthread_key_delete(pthread_key_t KEY);
int
pthread_setspecific(pthread_key_t KEY, const void *POINTER);
void
* pthread_getspecific(pthread_key_t KEY);
TSD可以看成是一个void
*的数组.
注意: pthread_key_delete只是释放key占用的空间, 你仍然需要释放那个void *.
为了加深你的理解, 看一看下面的例子吧:
/*
Key for the thread-specific buffer
*/
static
pthread_key_t buffer_key;
/*
Once-only initialisation of the key
*/
static
pthread_once_t buffer_key_once
=
PTHREAD_ONCE_INIT;
/*
Allocate the thread-specific buffer
*/
void
buffer_alloc(
void
)
{
pthread_once(
&
buffer_key_once, buffer_key_alloc);
pthread_setspecific(buffer_key, malloc(
100
));
}
/*
Return the thread-specific buffer
*/
char
*
get_buffer(
void
)
{
return
(
char
*
) pthread_getspecific(buffer_key);
}
/*
Allocate the key
*/
static
void
buffer_key_alloc()
{
pthread_key_create(
&
buffer_key, buffer_destroy);
}
/*
Free the thread-specific buffer
*/
static
void
buffer_destroy(
void
*
buf)
{
free(buf);
}
六. 信号处理
在线程中的信号处理是这个样子, 所有的线程共享一组, 信号处理函数.
而每一个线程有自己的信号掩码.
下面是用于处理线程信号的函数:
int pthread_sigmask
(int HOW, const sigset_t *NEWMASK, sigset_t *OLDMASK);
int
pthread_kill (pthread_t THREAD, int SIGNO);
int sigwait (const
sigset_t *SET, int *SIG);
可以使用sigaction来安装信号处理函数.
看一看下面的程序:
#include
<stdio.h>
#include <pthread.h>
void *pp(void
*)
{
printf("ha ha");
alarm(1);
}
void main_alarm(int i)
{
printf("Main got/n");
alarm(3);
}
main()
{
pthread_t pid;
struct sigaction aa;
sigset_t sigt;
sigfillset(&sigt);
aa.sa_handler = mainalarm;
aa.sa_mask = sigt;
aa.sa_flags = 0;
sigaction(SIGALRM, &aa, NULL);
pthread_create(&pid, NULL, pp, NULL);
while(1);
return 0;
}
七. 放弃 (Cancellation)
这是一种机制:
一个线程可以结束另一个线程. 精确的说, 一个线程可以向另一个线程发送 cancellation 请求. 另一个线程根据其设置,
可以忽略掉该请求, 也可以在到达一个cancellation点时, 来处理它。
当一个线程处理一个cancellaction请求时, pthread_exit 一个一个的调用 cleanup handlers.
所谓的一个cancellation点是在这些地方, 线程会处理cancellation请求. POSIX中的函数:
pthread_join，pthread_cond_wait，pthread_cond_timewait，pthread_testcancel，sem_wait，sigwait
都是cancellation点. 下面的这些系统函数也是cancellation点:
accept open sendmsg
close pause sendto
connect read system
fcntl recv
tcdrain
fsync recvfrom wait
lseek recvmsg waitpid
msync send write
nanosleep
其它的一些函数如果调用了上面的函数,
那么, 它们也是cancellation点.
int pthread_setcancelstate (int STATE, int
*OLDSTATE);
用于允许或禁止处理cancellation,
STATE可以是:PTHREAD_CANCEL_ENABLE PTHREAD_CANCEL_DISABLE
int
pthread_setcanceltype (int TYPE, int *OLDTYPE);
设置如何处理cancellation, 异步的还是推迟的.
TYPE可以是:PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS
PTHREAD_CANCEL_DEFERRED
void pthread_testcancel (VOID);
八.
清理函数 (Cleanup Handlers)
这是一些函数, 它们会被pthread_exit按顺序调用.
它们以栈风格被管理.
这种机制的目的是希望在退出前释放掉一些占用的资源.
例如: 我们使用了一个MUTEX,
但希望在cancellation时能unlock它.
pthread_cleanup_push(pthread_mutex_unlock, (void *)&mut);
pthread_mutex_lock(&mut);
/* do some work */
pthread_mutex_unlock(&mut);
pthread_cleanip_pop(0);
注意:
在异步处理过程中, 一个cancellation可以发生在pthread_cleaup_push
和pthread_mutex_lock之间. 这中情况是很糟糕的。所以，异步的cancellation 是很难用的。
void pthread_cleanup_push (void (*ROUTINE) (void *), void *ARG);
void pthread_cleanup_pop (int EXECUTE);
如果EXECUTE不等于0,
则在出栈后，会被执行一次。
九. 信号量 (Semaphores)
Semaphores是线程间共享的资源计数器。
基本的信号量操作为: 原子的增加信号量, 原子的减少信号量,
等待直到信号量的值为非零。
在POSIX中, 信号量有一个最大值,
宏SEM_VALUE_MAX定义了该值。在GNU的LIBC中, 该值等于INT_MAX (太大了)。
下面是相关的函数:
int sem_init (sem_t *SEM, int PSHARED, unsigned int VALUE);
初始化一个信号量, 其值为VALUE, PSHARED指明它是不是共享的.
0 表示local, 非0表示是全局的.
int sem_destroy (sem_t * SEM);
释放掉相关的资源.
int sem_wait (sem_t * SEM);
等待直到SEM的值为非零.
int
sem_trywait (sem_t * SEM);
int sem_post (sem_t * SEM);
将信号量加1.
int sem_getvalue (sem_t * SEM, int * SVAL);
取得信号量的值.
十 APIs
int
pthread_create(
pthread_t
*
tid ,
//
用于返回新创建线程的线程号.
const
pthread_attr_t
*
attr ,
void
*
(
*
start_routine)(
void
*
) ,
//
start_routine 是线程函数指针，
//
线程从这个函数开始独立地运行。
void
*
arg
//
arg 是传递给线程函数的参数。
);
//
由于start_routine 是一个指向参数类型为void*，返回值为void*
的指针，
//
所以如果需要传递或返回多个参数时，可以使用强制类型转化。
void
pthread_exit(
void
*
value_ptr
);
//
参数value_ptr 是一个指向返回状态值的指针。
int
pthread_join(
pthread_t tid ,
void
**
status
);
//
参数tid 是希望等待的线程的线程号，status 是指向线程返回值的
//
指针，线程的返回值就是pthread_exit 中的value_ptr 参数，或者
是return
//
语句中的返回值。该函数可用于线程间的同步。
int
pthread_mutex_init(
pthread_mutex_t
*
mutex,
const
pthread_mutex_attr_t
*
attr
);
//
该函数初始化一个互斥体变量，如果参数attr 为NULL，则互斥
//
体变量mutex 使用默认的属性。
int
pthread_mutex_lock(
pthread_mutex_t
*
mutex
);
//
该函数用来锁住互斥体变量。如果参数mutex 所指的互斥体已经
//
被锁住了，那么发出调用的线程将被阻塞直到其他线程对mutex 解锁。
int
pthread_mutex_trylock(
pthread_t
*
mutex
);
//
该函数用来锁住mutex 所指定的互斥体，但不阻塞。如果该互斥
//
体已经被上锁，该调用不会阻塞等待，而会返回一个错误代码。
int
pthread_mutex_unlock(
pthread_mutex_t
*
mutex
);
//
该函数用来对一个互斥体解锁。如果当前线程拥有参数mutex 所
//
指定的互斥体，该调用将该互斥体解锁。
int
pthread_mutex_destroy (
pthread_mutex_t
*
mutex
);
//
该函数用来释放分配给参数mutex 的资源。调用成功时返回值为
//
0，否则返回一个非0 的错误代码。
int
pthread_cond_init(
pthread_cond_t
*
cond,
const
pthread_cond_attr_t
*
attr
);
//
该函数按参数attr指定的属性创建一个条件变量。调用成功返回，
//
并将条件变量ID 赋值给参数cond，否则返回错误代码。
int
pthread_cond_wait (
pthread_cond_t
*
cond ,
pthread_mutex_t
*
mutex
);
//
该函数调用为参数mutex 指定的互斥体解锁，等待一个事件（由
//
参数cond 指定的条件变量）发生。调用该函数的线程被阻塞直到有其他
//
线程调用pthread_cond_signal 或
pthread_cond_broadcast 函数置相应的条
//
件变量，而且获得mutex 互斥体时才解除阻塞。
int
pthread_cond_timewait(
pthread_cond_t
*
cond ,
pthread_mutex_t
*
mutex ,
const
struct
timespec
*
abstime
);
//
该函数与pthread_cond_wait 不同的是当系统时间到达
abstime 参
//
数指定的时间时，被阻塞线程也可以被唤起继续执行。
int
pthread_cond_broadcast(
pthread_cond_t
*
cond
);
//
该函数用来对所有等待参数cond所指定的条件变量的线程解除阻
//
塞，调用成功返回0，否则返回错误代码。
int
pthread_cond_signal(
pthread_cond_t
*
cond
);
//
该函数的作用是解除一个等待参数cond所指定的条件变量的线程
//
的阻塞状态。当有多个线程挂起等待该条件变量，也只唤醒一个线程。
int
pthread_cond_destroy(
pthread_cond_t
*
cond
);
//
该函数的作用是释放一个条件变量。释放为条件变量cond 所分配的
//
资源。调用成功返回值为0，否则返回错误代码。
int
pthread_key_create(
pthread_key_t key ,
void
(
*
destructor(
void
*
))
);
//
该函数创建一个键值，该键值映射到一个专有数据结构体上。如
//
果第二个参数不是NULL，这个键值被删除时将调用这个函数指针来释放
//
数据空间。
int
pthread_key_delete(
pthread_key_t
*
key
);
//
该函数用于删除一个由pthread_key_create 函数调用创建的TSD
//
键。调用成功返回值为0，否则返回错误代码。
int
pthread_setspecific(
pthread_key_t key ,
const
void
(value)
);
//
该函数设置一个线程专有数据的值，赋给由pthread_key_create 创
//
建的TSD键，调用成功返回值为0，否则返回错误代码。
void
*
pthread_getspecific(
pthread_key_t
*
key
);
//
该函数获得绑定到指定TSD 键上的值。调用成功，返回给定参数
//
key 所对应的数据。如果没有数据连接到该TSD 键，则返回NULL。
int
pthread_once(
pthread_once_t
*
once_control,
void
(
*
init_routine)(
void
)
);
//
该函数的作用是确保init_routine指向的函数，在调用
pthread_once
//
的线程中只被运行一次。once_control 指向一个静态或全局的变量。