linux下C語言多執行緒（一）執行緒的建立與取消
#include <pthread.h> int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void), void *restrict arg); |
|
Returns: 0 if OK, error number on failure |
C99 中新增加了 restrict 修飾的指標： 由 restrict 修飾的指標是最初唯一對指標所指向的物件進行存取的方法，僅當第二個指標基於第一個時，才能對物件進行存取。對物件的存取都限定於基於由 restrict 修飾的指標表示式中。 由 restrict 修飾的指標主要用於函式形參，或指向由 malloc() 分配的記憶體空間。restrict 資料型別不改變程式的語義。 編譯器能通過作出 restrict 修飾的指標是存取物件的唯一方法的假設，更好地優化某些型別的例程。
第一個引數為指向執行緒識別符號的指標。
第二個引數用來設定執行緒屬性。
第三個引數是執行緒執行函式的起始地址。
最後一個引數是執行函式的引數。
下面這個程式中，我們的函式thread不需要引數，所以最後一個引數設為空指標。第二個引數我們也設為空指標，這樣將生成預設屬性的執行緒。當建立執行緒成功時，函式返回0，若不為0則說明建立執行緒失敗，常見的錯誤返回程式碼為EAGAIN和EINVAL。前者表示系統限制建立新的執行緒，例如執行緒數目過多了；後者表示第二個引數代表的執行緒屬性值非法。建立執行緒成功後，新建立的執行緒則執行引數三和引數四確定的函式，原來的執行緒則繼續執行下一行程式碼。
- #include<stdio.h>
- #include<pthread.h>
- #include<string.h>
- #include<sys/types.h>
- #include<unistd.h>
- pthread_t ntid;
- void printids(constchar *s)
- {
- pid_t pid;
- pthread_t tid;
- pid = getpid();
- tid = pthread_self();
- printf("%s pid %u tid %u (0x%x)\n",s,(unsigned int)pid,(unsigned int)tid,(unsigned int)tid);
- }
- void *thread(void *arg)
- {
- printids("new thread:");
- return ((void *)0);
- }
- int main()
- {
- int temp
- if((temp=pthread_create(&ntid,NULL,thread,NULL))!= 0)
- {
- printf("can't create thread: %s\n",strerror(temp));
- return 1;
- }
- printids("main thread:");
- sleep(1);
- return 0;
- }
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
pthread_t ntid;
void printids(const char *s)
{
pid_t pid;
pthread_t tid;
pid = getpid();
tid = pthread_self();
printf("%s pid %u tid %u (0x%x)\n",s,(unsigned int)pid,(unsigned int)tid,(unsigned int)tid);
}
void *thread(void *arg)
{
printids("new thread:");
return ((void *)0);
}
int main()
{
int temp
if((temp=pthread_create(&ntid,NULL,thread,NULL))!= 0)
{
printf("can't create thread: %s\n",strerror(temp));
return 1;
}
printids("main thread:");
sleep(1);
return 0;
}
把APUE2上的一個程式修改一下，然後編譯。
結果報錯:
pthread.c:(.text+0x85)：對‘pthread_create’未定義的引用
由於pthread庫不是Linux系統預設的庫，連線時需要使用庫libpthread.a,所以在使用pthread_create建立執行緒時，在編譯中要加-lpthread引數:gcc -o pthread -lpthread pthread.c
這是一個關於Posix執行緒程式設計的專欄。作者在闡明概念的基礎上，將向您詳細講述Posix執行緒庫API。本文是第一篇將向您講述執行緒的建立與取消。
1．1 執行緒與程序
相對程序而言，執行緒是一個更加接近於執行體的概念，它可以與同進程中的其他執行緒共享資料，但擁有自己的棧空間，擁有獨立的執行序列。在序列程式基礎上引入執行緒和程序是為了提高程式的併發度，從而提高程式執行效率和響應時間。
執行緒和程序在使用上各有優缺點：執行緒執行開銷小，但不利於資源的管理和保護；而程序正相反。同時，執行緒適合於在SMP機器上執行，而程序則可以跨機器遷移。
1．2 建立執行緒
POSIX通過pthread_create()函式建立執行緒，API定義如下：
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1．3 執行緒建立屬性
pthread_create()中的attr引數是一個結構指標，結構中的元素分別對應著新執行緒的執行屬性，主要包括以下幾項：
__detachstate，表示新執行緒是否與程序中其他執行緒脫離同步，如果置位則新執行緒不能用pthread_join()來同步，且在退出時自行釋放所佔用的資源。預設為PTHREAD_CREATE_JOINABLE狀態。這個屬性也可以線上程建立並執行以後用pthread_detach()來設定，而一旦設定為PTHREAD_CREATE_DETACH狀態（不論是建立時設定還是執行時設定）則不能再恢復到 PTHREAD_CREATE_JOINABLE狀態。
__schedpolicy，表示新執行緒的排程策略，主要包括SCHED_OTHER（正常、非實時）、SCHED_RR（實時、輪轉法）和 SCHED_FIFO（實時、先入先出）三種，預設為SCHED_OTHER，後兩種排程策略僅對超級使用者有效。執行時可以用過 pthread_setschedparam()來改變。
__schedparam，一個struct sched_param結構，目前僅有一個sched_priority整型變量表示執行緒的執行優先順序。這個引數僅當排程策略為實時（即SCHED_RR 或SCHED_FIFO）時才有效，並可以在執行時通過pthread_setschedparam()函式來改變，預設為0。
__inheritsched，有兩種值可供選擇：PTHREAD_EXPLICIT_SCHED和PTHREAD_INHERIT_SCHED，前者表示新執行緒使用顯式指定排程策略和排程引數（即attr中的值），而後者表示繼承呼叫者執行緒的值。預設為PTHREAD_EXPLICIT_SCHED。
__scope，表示執行緒間競爭CPU的範圍，也就是說執行緒優先順序的有效範圍。POSIX的標準中定義了兩個值： PTHREAD_SCOPE_SYSTEM和PTHREAD_SCOPE_PROCESS，前者表示與系統中所有執行緒一起競爭CPU時間，後者表示僅與同進程中的執行緒競爭CPU。目前LinuxThreads僅實現了PTHREAD_SCOPE_SYSTEM一值。
pthread_attr_t結構中還有一些值，但不使用pthread_create()來設定。
為了設定這些屬性，POSIX定義了一系列屬性設定函式，包括pthread_attr_init()、pthread_attr_destroy()和與各個屬性相關的pthread_attr_get---/pthread_attr_set---函式。
1．4 執行緒建立的Linux實現
我們知道，Linux的執行緒實現是在核外進行的，核內提供的是建立程序的介面do_fork()。核心提供了兩個系統呼叫__clone()和fork ()，最終都用不同的引數呼叫do_fork()核內API。當然，要想實現執行緒，沒有核心對多程序（其實是輕量級程序）共享資料段的支援是不行的，因此，do_fork()提供了很多引數，包括CLONE_VM（共享記憶體空間）、CLONE_FS（共享檔案系統資訊）、CLONE_FILES（共享檔案描述符表）、CLONE_SIGHAND（共享訊號控制代碼表）和CLONE_PID（共享程序ID，僅對核內程序，即0號程序有效）。當使用fork系統呼叫時，核心呼叫do_fork()不使用任何共享屬性，程序擁有獨立的執行環境，而使用pthread_create()來建立執行緒時,則最終設定了所有這些屬性來呼叫__clone()，而這些引數又全部傳給核內的do_fork()，從而建立的"程序"擁有共享的執行環境，只有棧是獨立的，由
__clone()傳入。
Linux執行緒在核內是以輕量級程序的形式存在的，擁有獨立的程序表項，而所有的建立、同步、刪除等操作都在核外pthread庫中進行。pthread 庫使用一個管理執行緒（__pthread_manager()，每個程序獨立且唯一）來管理執行緒的建立和終止，為執行緒分配執行緒ID，傳送執行緒相關的訊號（比如Cancel），而主執行緒（pthread_create()）的呼叫者則通過管道將請求資訊傳給管理執行緒。
2．1 執行緒取消的定義
一般情況下，執行緒在其主體函式退出的時候會自動終止，但同時也可以因為接收到另一個執行緒發來的終止（取消）請求而強制終止。
2．2 執行緒取消的語義
執行緒取消的方法是向目標執行緒發Cancel訊號，但如何處理Cancel訊號則由目標執行緒自己決定，或者忽略、或者立即終止、或者繼續執行至Cancelation-point（取消點），由不同的Cancelation狀態決定。
執行緒接收到CANCEL訊號的預設處理（即pthread_create()建立執行緒的預設狀態）是繼續執行至取消點，也就是說設定一個CANCELED狀態，執行緒繼續執行，只有執行至Cancelation-point的時候才會退出。
2．3 取消點
根據POSIX標準，pthread_join()、pthread_testcancel()、pthread_cond_wait()、 pthread_cond_timedwait()、sem_wait()、sigwait()等函式以及read()、write()等會引起阻塞的系統呼叫都是Cancelation-point，而其他pthread函式都不會引起Cancelation動作。但是pthread_cancel的手冊頁聲稱，由於LinuxThread庫與C庫結合得不好，因而目前C庫函式都不是Cancelation-point；但CANCEL訊號會使執行緒從阻塞的系統呼叫中退出，並置EINTR錯誤碼，因此可以在需要作為Cancelation-point的系統呼叫前後呼叫
pthread_testcancel()，從而達到POSIX標準所要求的目標，即如下程式碼段：
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2．4 程式設計方面的考慮
如果執行緒處於無限迴圈中，且迴圈體內沒有執行至取消點的必然路徑，則執行緒無法由外部其他執行緒的取消請求而終止。因此在這樣的迴圈體的必經路徑上應該加入pthread_testcancel()呼叫。
2．5 與執行緒取消相關的pthread函式
int pthread_cancel(pthread_t thread)
傳送終止訊號給thread執行緒，如果成功則返回0，否則為非0值。傳送成功並不意味著thread會終止。
int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate)
設定本執行緒對Cancel訊號的反應，state有兩種值：PTHREAD_CANCEL_ENABLE（預設）和 PTHREAD_CANCEL_DISABLE，分別表示收到訊號後設為CANCLED狀態和忽略CANCEL訊號繼續執行；old_state如果不為 NULL則存入原來的Cancel狀態以便恢復。
int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype)
設定本執行緒取消動作的執行時機，type由兩種取值：PTHREAD_CANCEL_DEFFERED和 PTHREAD_CANCEL_ASYCHRONOUS，僅當Cancel狀態為Enable時有效，分別表示收到訊號後繼續執行至下一個取消點再退出和立即執行取消動作（退出）；oldtype如果不為NULL則存入運來的取消動作型別值。
void pthread_testcancel(void)
檢查本執行緒是否處於Canceld狀態，如果是，則進行取消動作，否則直接返回。