POSIX thread (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: int x,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。 http://blog.csdn.net/hurricane880/article/details/4068465 |
[技术| 编程·课件·Linux] 【多线程编程】pthread的基本用法
admin
· 发布于 2014-05-01 12:54
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