一 基本概念
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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, 它具有很好的客移植性. 在Linux上, 由于它是通过内核级线程来实现的, 就
没有完全的实现它. 但从功能上来看, 它丝毫不逊色.
先看一下下面的例子:
/* ------ test.c ------- */
#include
void *pp(void *arg)
{
while (1) {
printf("%sn", (char *)arg);
sleep(2);
}
return NULL;
}
main()
{
pthread_t pid;
pthread_create(&pid, NULL, pp, "hello world");
while (1) {
printf("I am main threadn");
sleep(1);
}
}
gcc test.c -lpthread
./a.out
I am main thread
hello world
I am main thread
hello world
............
在程序开始的时候, 系统创建了一个主线程, 又用pthread_create创建了一个新的
子线程, 这样, 两个线程同时运行, 向屏幕上打印东西.
一个线程实际上就是一个函数, 创建后, 立即被执行, 当函数返回时该线程也就结束了.
下面这个函数用于创建一个新的线程:
int pthread_create (pthread_t *THREAD,
pthread_attr_t * ATTR,
void * (*START_ROUTINE)(void *),
void * ARG);
第一个参数是一个pthread_t型的指针用于保存线程id. 以后对该线程的操作都要用id来标示.
第二个参数是一个pthread_attr_t的指针用于说明要创建的线程的属性, 使用NULL, 表示
要使用缺省的属性.
第三个参数指明了线程的如口, 是一个只有一个(void *)参数的函数.
第四个参数指明了要传到线程如口函数的参数.
这很简单, 上面的例子, 你也应该理解了.
象我在上面提过的一样, 使用Linux的线程不需要对考虑对其它线程的阻塞问题, 这样编程上就很
方便.
二 返回值
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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
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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, 使它属于自己.
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);
... ...
看起来有一点难懂, 自己编几个程序就很容易理解了.
四 Condition Variable (条件变量)
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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_cont_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
metux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)
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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
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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
#include
void *pp(void *)
{
printf("ha ha");
alarm(1);
}
void main_alarm(int i)
{
printf("Main gotn");
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)
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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)
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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)
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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.
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