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分类: LINUX

2012-09-19 15:17:49

pthread_create用法


linux下用C开发多线程程序,Linux系统下的多线程遵循POSIX线程接口,称为pthread。

#include

int pthread_create(pthread_t *restrict tidp,
const pthread_attr_t *restrict attr,
void *(*start_rtn)(void), 
void *restrict arg);





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  1. Returns: 0 if OK, error number on failure
  2. C99 中新增加了 restrict 修饰的指针: 
  3. 由 restrict 修饰的指针是最初唯一对指针所指向的对象进行存取的方法,
  4. 仅当第二个指针基于第一个时,才能对对象进行存取。对对象的存取都限定于基于由 restrict 
  5. 修饰的指针表达式中。 由 restrict 修饰的指针主要用于函数形参,或指向由 malloc() 分配的内存空间。
  6. restrict 数据类型不改变程序的语义。 
  7. 编译器能通过作出 restrict 修饰的指针是存取对象的唯一方法的假设,更好地优化某些类型的例程。

  8. 第一个参数为指向线程标识符的指针。
  9. 第二个参数用来设置线程属性。
  10. 第三个参数是线程运行函数的起始地址。
  11. 最后一个参数是运行函数的参数。

  12. 下面这个程序中,我们的函数thr_fn不需要参数,所以最后一个参数设为空指针。
  13. 第二个参数我们也设为空指针,这样将生成默认属性的线程
  14. 当创建线程成功时,函数返回0,若不为0则说明创建线程失败,
  15. 常见的错误返回代码为EAGAIN和EINVAL。前者表示系统限制创建新的线程,例如线程数目过多了;
  16. 后者表示第二个参数代表的线程属性值非法。创建线程成功后,新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数,
  17. 原来的线程则继续运行下一行代码。









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  1. #include<stdio.h>
  2. #include<pthread.h>
  3. #include<string.h>
  4. #include<sys/types.h>
  5. #include<unistd.h>

  6. pthread_t ntid;

  7. void printids(const char *s){
  8. pid_t pid;
  9. pthread_t tid;

  10. pid = getpid();
  11. tid = pthread_self();
  12. printf("%s pid %u tid %u (0x%x)\n",s,(unsigned int)pid,(unsigned int)tid,(unsigned
  13. int)tid);
  14. }

  15. void *thr_fn(void *arg){
  16. printids("new thread:");
  17. return ((void *)0);
  18. }

  19. int main(){
  20. int err;

  21. err = pthread_create(&ntid,NULL,thr_fn,NULL);
  22. if(err != 0){
  23. printf("can't create thread: %s\n",strerror(err));
  24. return 1;
  25. }

  26. printids("main thread:");
  27. sleep(1);
  28. return 0;
  29. }
  30. 把APUE2上的一个程序修改一下,然后编译。
  31. 结果报错:
  32. pthread.c:(.text+0x85):对‘pthread_create’未定义的引用











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  1. 由于pthread库不是Linux系统默认的库,连接时需要使用库libpthread.a,
  2. 所以在使用pthread_create创建线程时,在编译中要加-lpthread参数:
  3. gcc -o pthread -lpthread pthread.c
  4. 这是一个关于Posix线程编程的专栏。作者在阐明概念的基础上,将向您详细讲述Posix线程库API。
  5. 本文是第一篇将向您讲述线程的创建与取消。

  6. 一、线程创建

  7. 1.1 线程与进程
  8. 相对进程而言,线程是一个更加接近于执行体的概念,它可以与同进程中的其他线程共享数据,
  9. 拥有自己的栈空间,拥有独立的执行序列。在串行程序基础上引入线程和进程是为了提高程序的并发度,
  10. 从而提高程序运行效率和响应时间。

  1. 线程和进程在使用上各有优缺点:线程执行开销小,但不利于资源的管理和保护;而进程正相反。
  2. 同时,线程适合于在SMP机器上运行,而进程则可以跨机器迁移。

  3. 1.2 创建线程
  4. POSIX通过pthread_create()函数创建线程,API定义如下:

  5. int pthread_create(pthread_t * thread, pthread_attr_t * attr,
  6. void * (*start_routine)(void *), void * arg)

  7. 与fork()调用创建一个进程的方法不同,pthread_create()创建的线程并不具备与主线程
  8. (即调用pthread_create()的线程)同样的执行序列,而是使其运行start_routine(arg)函数。
  9. thread返回创建的线程ID,而attr是创建线程时设置的线程属性(见下)。pthread_create()
  10. 返回值表示线程创建是否成功。尽管arg是void *类型的变量,但它同样可以作为任意类型的参数传
  11. 给start_routine()函数;同时,start_routine()可以返回一个void *类型的返回值,而这个
  12. 返回值也可以是其他类型,并由pthread_join()获取。

  13. 1.3 线程创建属性
  14. pthread_create()中的attr参数是一个结构指针,结构中的元素分别对应着新线程的运行属性
  15. 主要包括以下几项:

  16. __detachstate,表示新线程是否与进程中其他线程脱离同步
  17. 如果置位则新线程不能用pthread_join()来同步,且在退出时自行释放所占用的资源。
  18. 缺省为PTHREAD_CREATE_JOINABLE状态。这个属性也可以在线程创建并运行以后用pthread_detach()来设置,
  19. 而一旦设置为PTHREAD_CREATE_DETACH状态(不论是创建时设置还是运行时设置)
  20. 则不能再恢复到 PTHREAD_CREATE_JOINABLE状态。

  21. __schedpolicy,表示新线程的调度策略,主要包括SCHED_OTHER(正常、非实时)、
  22. SCHED_RR(实时、轮转法)和 SCHED_FIFO(实时、先入先出)三种,缺省为SCHED_OTHER,
  23. 后两种调度策略仅对超级用户有效。运行时可以用过 pthread_setschedparam()来改变。

  24. __schedparam,一个struct sched_param结构,
  25. 目前仅有一个sched_priority整型变量表示线程的运行优先级。
  26. 这个参数仅当调度策略为实时(即SCHED_RR 或SCHED_FIFO)时才有效,
  27. 并可以在运行时通过pthread_setschedparam()函数来改变,缺省为0。

  28. __inheritsched,有两种值可供选择:PTHREAD_EXPLICIT_SCHED和PTHREAD_INHERIT_SCHED,
  29. 前者表示新线程使用显式指定调度策略和调度参数(即attr中的值),而后者表示继承调用者线程的值。
  30. 缺省为PTHREAD_EXPLICIT_SCHED。

  31. __scope,表示线程间竞争CPU的范围,也就是说线程优先级的有效范围。POSIX的标准中定义了两个值: 
  32. PTHREAD_SCOPE_SYSTEM和PTHREAD_SCOPE_PROCESS,前者表示与系统中所有线程一起竞争CPU时间,
  33. 后者表示仅与同进程中的线程竞争CPU。目前LinuxThreads仅实现了PTHREAD_SCOPE_SYSTEM一值。


  1. pthread_attr_t结构中还有一些值,但不使用pthread_create()来设置。

  2. 为了设置这些属性,POSIX定义了一系列属性设置函数,包括pthread_attr_init()
  3. pthread_attr_destroy()和与各个属性相关的pthread_attr_get---/pthread_attr_set---函数。




  1. 1.4 线程创建的Linux实现
  2. 我们知道,Linux的线程实现是在核外进行的,核内提供的是创建进程的接口do_fork()
  3. 内核提供了两个系统调用__clone()和fork (),最终都用不同的参数调用do_fork()核内API。
  4. 当然,要想实现线程,没有核心对多进程(其实是轻量级进程)共享数据段的支持是不行的,因此,
  5. do_fork()提供了很多参数,包括CLONE_VM(共享内存空间)、CLONE_FS(共享文件系统信息)、
  6. CLONE_FILES(共享文件描述符表)、CLONE_SIGHAND(共享信号句柄表)和CLONE_PID(共享进程ID,
  7. 仅对核内进程,即0号进程有效)。当使用fork系统调用时,内核调用do_fork()不使用任何共享属性,
  8. 进程拥有独立的运行环境,而使用pthread_create()来创建线程时,
  9. 则最终设置了所有这些属性来调用__clone(),而这些参数又全部传给核内的do_fork()
  10. 从而创建的"进程"拥有共享的运行环境,只有栈是独立的,由 __clone()传入

  11. Linux线程在核内是以轻量级进程的形式存在的,拥有独立的进程表项,而所有的创建、同步、
  12. 删除等操作都在核外pthread库中进行。pthread 库使用一个管理线程(__pthread_manager()
  13. 每个进程独立且唯一)来管理线程的创建和终止,为线程分配线程ID,发送线程相关的信号(比如Cancel),
  14. 而主线程(pthread_create())的调用者则通过管道将请求信息传给管理线程。

  15. 二、线程取消

  16. 2.1 线程取消的定义
  17. 一般情况下,线程在其主体函数退出的时候会自动终止,
  18. 但同时也可以因为接收到另一个线程发来的终止(取消)请求而强制终止。

  19. 2.2 线程取消的语义
  20. 线程取消的方法是向目标线程发Cancel信号,但如何处理Cancel信号则由目标线程自己决定,
  21. 或者忽略、或者立即终止、或者继续运行至Cancelation-point(取消点),由不同的Cancelation状态决定。

  22. 线程接收到CANCEL信号的缺省处理(即pthread_create()创建线程的缺省状态)是继续运行至取消点,
  23. 也就是说设置一个CANCELED状态,线程继续运行,只有运行至Cancelation-point的时候才会退出。

  24. 2.3 取消点
  25. 根据POSIX标准,pthread_join()、pthread_testcancel()、pthread_cond_wait()
  26.  pthread_cond_timedwait()、sem_wait()、sigwait()等函数以及read()、write()
  27. 等会引起阻塞的系统调用都是Cancelation-point,而其他pthread函数都不会引起Cancelation动作。

  28. 但是pthread_cancel的手册页声称,由于LinuxThread库与C库结合得不好,
  29. 因而目前C库函数都不是Cancelation-point;但CANCEL信号会使线程从阻塞的系统调用中退出,
  30. 并置EINTR错误码,因此可以在需要作为Cancelation-point的系统调用前后调用 pthread_testcancel(),
  31. 从而达到POSIX标准所要求的目标,即如下代码段:

  32. pthread_testcancel();
  33.      retcode = read(fd, buffer, length);
  34.      pthread_testcancel();


  1. 2.4 程序设计方面的考虑
  2. 如果线程处于无限循环中,且循环体内没有执行至取消点的必然路径
  3. 则线程无法由外部其他线程的取消请求而终止。
  4. 因此在这样的循环体的必经路径上应该加入pthread_testcancel()调用。


  5. 2.5 与线程取消相关的pthread函数
  6. int pthread_cancel(pthread_t thread)
  7. 发送终止信号给thread线程,如果成功则返回0,否则为非0值。发送成功并不意味着thread会终止。

  8. int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate)
  9. 设置本线程对Cancel信号的反应,state有两种值:PTHREAD_CANCEL_ENABLE(缺省)
  10. 和 PTHREAD_CANCEL_DISABLE,分别表示收到信号后设为CANCLED状态和忽略CANCEL信号继续运行;
  11. old_state如果不为 NULL则存入原来的Cancel状态以便恢复。

  12. int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype)
  13. 设置本线程取消动作的执行时机,type由两种取值:PTHREAD_CANCEL_DEFFERED和 
  14. PTHREAD_CANCEL_ASYCHRONOUS,仅当Cancel状态为Enable时有效,分别表示收到信号后继续运行至
  15. 下一个取消点再退出和立即执行取消动作(退出);oldtype如果不为NULL则存入运来的取消动作类型值。

  16. void pthread_testcancel(void)
  17. 检查本线程是否处于Canceld状态,如果是,则进行取消动作,否则直接返回。

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