POSIX线程的创建与取消—pthreads线程库实例笔记1

创建线程函数——pthread_create()

#include <pthread.h>
int pthread_create( pthread_t* thread,  const pthread_attr_t* attr,  void* (*start_routine)(void* ), void* arg );

 描述：
　　pthread_create()函数创建一个新的线程，通过线程属性对象attr指定属性。
　　被创建的线程继承了父线程的信号掩码，且它的等待信号是空的。

参数：
　　thread：NULL，或者指向一个pthread_t对象的指针，指向此函数执行后存储的一个新线程的线程ID。

　　attr：
　　指向 pthread_attr_t结构体的指针，此结构体指定了线程的执行属性。
　　如果attr为NULL，则被设置为默认的属性，pthread_attr_init()可以设置attr属性。
　　注意：如果在创建线程后编辑attr属性，线程的属性不受影响。

start_routine：
　　 线程的执行函数，arg为函数的参数。
　　如果start_routine()有返回值，调用pthread_exit()，start_routine()的返回值作为线程的退出状态。
　　在main()中的线程被调用有所不同。当它从main()返回，调用exit()，用main()的返回值作为退出状态。
arg：
　　传给start_routine的参数。

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、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()，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），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。

取消线程pthread_cancel()

 

#include <pthread.h>
int pthread_cancel( pthread_t thread );

描述：
　　pthread_cancel()函数请求目标线程被取消（终止）。
　　取消类型（type）和状态（state）决定了取消函数是否会生效。
　　当取消动作被执行，目标线程的取消清除操作会被调用。
　　当最后的取消清除操作返回，目标线程的线程的析构函数会被调用。
　　当最后的析构函数返回，目标线程会被终止 (terminated)。
　　线程的取消过程同调用线程会异步执行。

参数：
　　thread： 欲取消的线程ID，可以通过pthread_create()或者pthread_self()函数取得。

 

 

 

pthread_testcancel()

#include <pthread.h>
void pthread_testcancel( void );

描述：函数在运行的线程中创建一个取消点，如果cancellation无效则此函数不起作用。

 

 

 pthread_setcancelstate()

#include <pthread.h>
int pthread_setcancelstate( int state, int* oldstate );

描述：
        pthread_setcancelstate() f函数设置线程取消状态为state，并且返回前一个取消点状态oldstate。

取消点有如下状态值：
        PTHREAD_CANCEL_DISABLE：取消请求保持等待，默认值。
        PTHREAD_CANCEL_ENABLE：取消请求依据取消类型执行；参考pthread_setcanceltype()。

参数：
        state：        新取消状态。
        oldstate：   指向本函数所存储的原取消状态的指针。

 

pthread_setcanceltype()

#include <pthread.h>
int pthread_setcanceltype( int type, int* oldtype );

描述：
        pthread_setcanceltype()函数设置运行线程的取消类型为type，并且返回原取消类型与oldtype。

取消类型值：
　　PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS：如果取消有效，新的或者是等待的取消请求会立即执行。
　　PTHREAD_CANCEL_DEFERRED：如果取消有效，在遇到下一个取消点之前，取消请求会保持等待，默认值。
注意：标注POSIX和C库的调用不是异步取消安全地。

参数：
        type：        新取消类型
        oldtype：    指向该函数所存储的原取消类型的指针。

 

 

什么是取消点（cancelation point）？

资料中说，根据POSIX标准，pthread_join()、pthread_testcancel()、 pthread_cond_wait()、pthread_cond_timedwait()、sem_wait()、sigwait()等函数以及 read()、write()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。但是pthread_cancel的手册页声称，由于LinuxThread库与C库结合得不好，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，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()，从而达到POSIX标准所要求的目标，即如下代码段：

pthread_testcancel();
retcode = read(fd, buffer, length);
pthread_testcancel();

我发现，对于C库函数来说，几乎可以使线程挂起的函数都会响应CANCEL信号，终止线程，包括sleep、delay等延时函数，下面的例子对此会进行详细分析。

 

实例探讨

实例代码

 1 #include <stdlib.h>
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <pthread.h>
 4 
 5  void cleanup(void *parm) {
 6     printf("Inside cancellation cleanup handler\n");
 7 }
 8  void * child1(void *arg) {
 9     int oldstate, oldtype;
10     int i = 0;
11     pthread_cleanup_push(cleanup,NULL);
12     printf("\nPTHREAD_CANCEL_DISABLE before\n");
13     pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE, &oldstate);
14     //    pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS,&oldtype);//comment 1
15      while (1) {
16             i++;
17             printf("child1: I am running. \n");
18             sleep(2);
19             if (i == 5) {
20                 printf("\nPTHREAD_CANCEL_ENABLE\n");
21                 pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE, &oldstate);
22                 //pthread_testcancel();//comment 2
23              }
24 
25         }
26         pthread_cleanup_pop(0);
27 }
28 
29  int main(int argc, char *argv[]) {
30     int tid1, rc;
31     void * status = NULL;
32     printf("hello, condition variable test\n");
33     pthread_create(&tid1, NULL, child1, NULL);
34     sleep(2);
35     printf("\npthread_cancel \n");
36     pthread_cancel(tid1);
37 
38     rc = pthread_join(tid1, &status);
39     if (status != PTHREAD_CANCELED) {
40         printf("\npthread_join failed,status=%d,rc=%d\n", status, rc);
41         return -1;
42     } else
43         printf("\npthread_join succ,status=%d,rc=%d\n", status, rc);
44     printf("\nMain completed!~~\n");
45 
46     return EXIT_SUCCESS;
47 }

运行结果：

hello, condition variable test

PTHREAD_CANCEL_DISABLE before
child1: I am running. 

pthread_cancel 
child1: I am running. 
child1: I am running. 
child1: I am running. 
child1: I am running. 

PTHREAD_CANCEL_ENABLE
child1: I am running. 
Inside cancellation cleanup handler

pthread_join succ,status=-1,rc=0

Main completed!~~

代码分析：

1. pthread_create(&tid1, NULL, child1, NULL)创建线程ID为tid1，调用child()过程；
2.  pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE, &oldstate)，将线程tid1线程的取消置为无效；
3. 主进程里 pthread_cancel(tid1)意为发送CANCEL信号取消线程tid1，但此时线程的而取消为无效，线程并不接受取消信号； 
4. pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE, &oldstate)将线程取消，但线程并不能立即终止，因为线程类型值为默认的PTHREAD_CANCEL_DEFERRED，即遇到下一个取消点才会终止线程;

那么，取消点在哪儿呢，也就是哪一句终止的线程呢？是sleep(2)，它可以阻塞线程相应了取消信号。

如果你将sleep拿掉，会发现线程会无休止的运行下去，如果将sleep换成pthread_testcancel()，会发现线程也不会终止，这个函数不是有检测取消点，如果存在就取消线程的功用吗？懵了一会儿，索性将child1函数的while(1)内所有打印去掉，发现线程可以终止了。原来，无延时的频繁打印，会使pthread_testcancel()无法响应取消信号，解决方法是要么取消打印，要么加上延时。

 

最后是第13行：

pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS,&oldtype);//comment 1 

这句的作用是将取消类型设置为PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS，即取消请求会被立即响应，加上这句，那么运行结果会变为：

hello, condition variable test

PTHREAD_CANCEL_DISABLE before
child1: I am running. 

pthread_cancel 
child1: I am running. 
child1: I am running. 
child1: I am running. 
child1: I am running. 

PTHREAD_CANCEL_ENABLE
Inside cancellation cleanup handler

pthread_join succ,status=-1,rc=0

Main completed!~~

由结果看到，比上次的执行结果在【PTHREAD_CANCEL_ENABLE】后少了一次【child1: I am running. 】打印，可以看出，在线程取消设为有效后，直接终止线程，并不进入下一轮循环。

总结：

创建线程

1. 起初，主程序main()包含了一个唯一的默认线程。程序员必须明确创建所有其它线程；
2. pthread_create创建一个新的线程并使其执行，这个过程可以在你的代码里的任何地方调用多次；
3. 一个进程可以创建的线程的最大数量是依赖于实现的（The maximum number of threads that may be created by a process is implementation dependent. ）。
4. 线程一旦被创建，他们都是同等的，并且也可以创建其它线程。它们之间没有层次体系和依赖关系。

终止线程

1. 一个线程有几种终止的方法：
2. 线程从它的起始程序中返回；
   
   • 线程调用了pthread_exit()函数；
   • 线程被另一个线程调用pthread_cancel()函数所取消；
   • 整个进程由于调用了exec或exit而退出。
3. pthread_exit经常被用来明确的退出一个线程。通常，pthread_exit()函数在线程完成工作并不在需要时才被调用；
4. 如果主程序main()在一个线程被创建之前,使用pthread_exit()函数退出结束，另一些线程继续执行。否则，他们在主程序main()结束的时候会自动终止；
5. 清除：pthread_exit()函数不关闭文件，任何在线程中被打开的文件，在线程终止后仍然保持打开；
6. 通常，你可以通过pthread_exit()函数来操作程序的执行到结束的过程，当然，除非你想要传递一个返回值。然而，在主程序main()中，在主程序结束时，它所产生的线程有个显而易见的问题。如果你不用pthread_exit()，当main()结束是，主进程以及所有的线程都会终止。如果在main()中调用了pthread_exit()，主进程和它所有的线程将会继续工作，尽管main()中的所有代码已经被执行了。