級別： 初級

2004 年 4 月 01 日

Linux 是新千年裡最傑出的作業系統，而傳統的作業系統，如 OS/2，現在正在逐漸淘汰出局。本系列文章是為那些正經受移植痛苦的開發人員撰寫的，可以幫助他們將 OS/2 系統驅動和應用程式移植到 Linux 上。文中介紹瞭如何將各種 OS/2 呼叫一一對映到 Linux 上，涉及的內容包括執行緒、IPC、記憶體管理、定時器處理、檔案處理等。此外，文中還介紹了一些可以從 OS/2 對映到 Linux 上的前處理器指令和編譯器/連結器選項。本系列文章總共三篇，本文是其中的第一篇。

本文介紹了有關執行緒和同步原語對映方面的知識。本系列的後續文章將會介紹系統呼叫、網路呼叫和其他程式設計指令的情況。

執行緒

執行緒是在 OS/2 上的基本執行單元，也是 OS/2 程序內部的可排程單元。執行緒的排程及優先順序是完全在核心中處理的。

Linux 核心使用的是程序模型，而不是執行緒模型。然而，Linux 核心為建立執行緒提供了一種輕量級的程序框架，而執行緒的真正實現是在使用者空間中。目前，可用的執行緒庫有很多種（LinuxThreads、NGPT、NPTL，等等）。本文的研究是以 LinuxThreads 庫為基礎進行的，但是其內容對 Rad Hat 的 Native POSIX Threading Library（本地 POSIX 執行緒庫，NPTL）也同樣適用。

本節介紹 OS/2 和 Linux 中的執行緒機制。內容涉及建立執行緒、設定執行緒屬性以及改變執行緒優先順序等所使用的呼叫。OS/2 與 Linux 中這些呼叫的對應關係如下表所示：

類別一列表示該 OS/2 指令是可對映的，還是特定於上下文的：

• 可對映的：這條 OS/2 指令可以對映為一條（或者若干條）指定的 Linux 指令，這需要對型別、引數、返回程式碼等進行檢查。
• 特定於上下文的：給定的 OS/2 指令在 Linux 中可能有等價的指令，也可能沒有，或者是 Linux 中能夠提供相似功能的指令不止一條。不論是哪種情況，我們都要根據應用程式的上下文來決定具體使用哪一條（或哪幾條）Linux 指令。

Linux 入門 自從 1991 年 Linux 誕生以來，就隨著它的流行而不斷成長起來。Linux 的主要優勢在於它是開放原始碼的自由軟體（有關自由軟體的詳細內容，請您參看本說明框底部的資源清單） 當 Linux 最新的主力版本（核心 2.6）釋出時，越來越多的公司正將它們的業務過程轉移到開放標準上來，並且釋出了一些基於 Linux 的產品。 在大公司中，IBM 在開放原始碼社團中的表現是最為活躍的。IBM 尤其關注一些特定的領域，比如如何改進 Linux 的可升級能力和穩定性，重點在企業計算方面。現在，大多數 IBM eServer 伺服器都捆綁了 Linux。 作為其 Linux 計劃的一部分，IBM 正積極參與到若干專案中，致力於將基於 OS/2 等遺留作業系統的產品遷移到 Linux 上。 自由軟體基金會能告訴您有關 自由軟體 的全部情況。 要更好地理解自由軟體和開放原始碼軟體之間的區別，請您閱讀 開放原始碼規範。 IBM developerWorks 上有一個頁面專門為 Linux 初學者提供資料和資訊。 目前，大多數 IBM eServer伺服器都捆綁了 Linux。

執行緒的建立

在 OS/2 中，我們用 _beginthread 這個系統呼叫來產生執行緒：

int _beginthread(void (*start_address) (void *), (void *) stack,
unsigned stack_size, void *arg);

Linux 則呼叫 pthread 庫中的 pthread_create() 來產生執行緒：

int pthread_create (pthread_t *thread_id, pthread_attr_t *threadAttr,
void * (*start_address)(void *), void * arg);

在 OS/2 系統呼叫 _beginthread 中，引數 start_address 表示新建立的執行緒將要執行的函式的地址。這個執行緒函式必須用 _Optlink 連結標記進行宣告和編譯。

在 Linux 庫呼叫 pthread_create() 中，引數 start_address 表示新建立的執行緒將要執行的函式的地址。

在 OS/2 中，系統呼叫 _beginthread() 的引數 arg 用於指定要傳遞給新建執行緒的引數。它指定了要傳遞給新建執行緒的資料項的地址。

在 Linux 中，庫呼叫 pthread_create() 的引數 arg 用於指定要傳遞給新建執行緒的引數。

OS/2 系統呼叫 call _beginthread() 的引數 stack_size 表示將要分配給新建執行緒的堆疊大小，單位為位元組。堆疊大小是 4K 的正整數倍，最小為 8K。

在 Linux 中，堆疊大小是在屬性物件中設定的；也就是說，我們將 pthread_attr_t 型別的 threadAttr 引數傳遞給 pthread_create() 庫呼叫。在設定這個物件的屬性之前，先要呼叫 pthread_attr_init() 對其進行初始化。通過呼叫 pthread_attr_destroy() 可以銷燬這個屬性物件：

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *threadAttr);
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *threadAttr);

請注意，所有形如 pthread_attr_setxxxx 的呼叫實現的功能都與 pthread_xxxx 這樣的呼叫（如果存在的話）類似，不過 pthread_attr_setxxxx 只能用於在建立執行緒之前對將要作為引數傳遞給 pthread_create 的屬性物件進行更新。同理，在建立好執行緒之後，我們可以使用任何形如 pthread_xxxx 的呼叫。

pthread_attr_setstacksize() 可以用於設定堆疊大小：

int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *threadAttr, int
stack_size);

執行緒狀態

在 OS/2 中並不存在顯式地維護與執行緒終止有關的執行緒狀態。不過，我們可以通過呼叫 DosWaitThread() ，讓一個執行緒顯式地等待程序內某個特定或非特定執行緒的終止。

在 Linux 中，預設情況下執行緒是以一種可連線（joinable）狀態被建立的。在可連線狀態下，其他執行緒可以在一個執行緒終止時對其進行同步，然後用 pthread_join() 函式恢復其終止程式碼。這個可連線執行緒的執行緒資源只有在它被插入之後才能釋放。

OS/2 用 DosWaitThread() 來等待一個執行緒的終止：

APIRET DosWaitThread(PTID ptid, ULONG option);

Linux 用 pthread_join 完成相同的工作 ：

int pthread_join(pthread_t *thread, void **thread_return);

在分離（detached）狀態下，執行緒的資源線上程終止時會被立即釋放。您可以通過對執行緒屬性物件呼叫 pthread_attr_setdetachstate() 來設定分離狀態：

int pthread_attr_setdetachstate (pthread_attr_t *attr, int
detachstate);

以可連線狀態建立的執行緒以後還可以使用 pthread_detach() 呼叫來進入分離狀態：

int pthread_detach (pthread_t id);

執行緒的退出

在 OS/2 中，系統呼叫 _endthread() 用於終止執行緒。

Linux 中的等價庫呼叫為 pthread_exit() 。 retval 表示執行緒的返回值，其他執行緒可以通過呼叫 pthread_join() 獲取這個值：

int pthread_exit(void* retval);

改變優先順序

OS/2 用系統呼叫 DosSetPriority() 改變程序，或正在執行的程序中的執行緒的優先順序：

int DosSetPriority(int scope, int class, int delta, int id);

在本例中，scope 是一個程序的 PRTYS_PROCESS ；一個執行緒級別的 PRTYS_THREAD 是該執行緒的優先順序。下面列出可以設定的不同優先順序：

• 不改變： PRTYC_NOCHANGE
• 空閒時間： PRTYC_IDLETIME
• 常規： PRTYC_REGULAR
• 時間關鍵型： PRTYC_TIMECRITICAL
• 固定高的優先順序： PRTYC_FOREGROUNDSERVER

其中，引數 delta 是應用於該程序優先順序的改變數。其值必須在 -31 到 +31 之間。該值越高，優先順序就越高。當前程序或執行緒的 id 都為 0。

Linux 中提供了很多呼叫，可以用來修改或改變執行緒的優先順序。您應該根據應用程式的上下文環境選擇使用不同的呼叫。

Linux 系統呼叫 setpriority() 用來設定或修改普通程序和執行緒的優先順序。引數 scope 是 PRIO_PROCESS 。將 id 設為 0，可以修改當前程序（或執行緒）的優先順序。與前面一樣， delta 也是一個優先順序數值 —— 不過這一次 delta 的範圍變成了 -20 到 20。還要注意：在 Linux 中，delta 值越小，優先順序就越高。因此您可以對 IDLETIME 優先順序將 delta 設定為 +20，而對 REGULAR 優先順序則將 delta 設定為 0。

在 OS/2 中，優先順序的範圍是從 0 （優先順序最低）到 31 （優先順序最高）。但是在 Linux 中，普通的非實時程序優先順序範圍都是從 -20（優先順序最高）到 +20（優先順序最低）。在使用之前，必須對優先順序進行對映。

int setpriority(int scope, int id, int delta);

Linux 系統呼叫 sched_setscheduler 可以用來修改當前正在執行的程序的排程優先順序和排程策略：

int sched_setscheduler(pit_t pid, int policy, const struct sched_param *param);

引數 policy 是排程策略。policy 允許的值有 SCHED_OTHER （用於普通的非實時排程）、 SCHED_RR （實時的輪詢策略）和 SCHED_FIFO （實時的 FIFO 策略）。

struct sched_param {
    ...
    int sched_priority;
    ...
};

 此處， param 是指向一個代表排程優先順序的結構的指標。對於實時排程策略來說，該值的範圍為從 1 到 99。對於其他策略（普通的非實時程序）來說，該值是 0。

在 Linux 中，對於一種已知的排程策略來說，我們也可以使用系統呼叫 sched_setparam 來只修改程序的優先順序：

int sched_setparam(pit_t pid, const struct sched_param *param);

LinuxThreads 庫中的 pthread_setschedparam 呼叫是 sched_setscheduler 的一個用於執行緒的版本，可以動態地修改正在執行的執行緒排程優先順序和排程策略：

int pthread_setschedparam(pthread_t target_thread, int policy,
const struct sched_param *param);

引數 target_thread 代表要修改優先順序的執行緒，引數 param 表示優先順序。

LinuxThreads 庫中的 pthread_attr_setschedpolicy 呼叫和 pthread_attr_setschedparam 呼叫可以用於在建立執行緒之前設定執行緒屬性物件的排程策略和優先順序：

int pthread_attr_setschedpolicy(pthread attr_t *threadAttr, int policy);

int pthread_attr_setschedparam(pthread attr_t *threadAttr, const
struct sched_param *param);

下面這個例子可以非常清楚地說明建立執行緒和修改優先順序的實現從 OS/2 到 Linux 的對映方式。

執行緒的例子

在這個 OS/2 的例子中，thread1 是一個普通的執行緒，而 thread2 則是一個時間關鍵型實時執行緒。

{
              enum...{StackSize =120*1024}; /**//* stack size set to 120 K */
              /**//* create a thread */
              int thread1 = _beginThread (RegularThread, NULL, StackSize,
   NULL);
              int thread2 = _beginThread (CriticalThread, NULL,
   StackSize, NULL);
   }

   

   

{
               /**//* Set the priority of the thread. 0 is passed as an
   argument to identify the current thread */
               int iRc = DosSetPriority(PRTYS_THREAD, PRTYC_REGULAR, 20,
   0);
               _endThread();
   }

   

   

{
               int iRc = DosSetPriority(PRTYS_THREAD, PRTYC_TIMECRITICAL,
   20, 0);
               _endThread();
   }

下面是與上面這段 OS/2 程式碼等價的 Linux 程式碼：

   

);
   

);
   

   

d)
   

{
       int priority =10;  //0 for Regular, +20 for Idletime
/**//* Set the priority - normal non-realtime priority */
       int irc = setpriority(PRIO_PROCESS, 0, priority);
       pthread_exit(NULL);
   }

   

   

d)
   

{
       if (STATIC ==0) ...{
           /**//* change the thread priority dynamically */
           struct sched_param param;  // scheduling priority
int policy = SCHED_RR;  // scheduling policy
/**//* Get the current thread id */
           pthread_t thread_id = pthread_self();
           /**//* To set the scheduling priority of the thread */
           param.sched_priority =99;
           int irc = pthread_setschedparam(thread_id, policy, &param);
       }
       pthread_exit(NULL);
   }

   

)
   

{
       pthread_t thread1, thread2;  // thread identifiers
       pthread_attr_t threadAttr1, threadAttr2; // thread attributes
struct sched_param param;  // scheduling priority
int policy = SCHED_RR;  // scheduling policy - real time
int irc, rc;
       rc = pthread_attr_init(&threadAttr1); /**//* init the attr 1*/
       rc = pthread_attr_init(&threadAttr2); /**//* init the attr 2*/
        /**//* Set the stack size of the thread */
       irc = pthread_attr_setstacksize(&threadAttr1, 120*1024);
       irc = pthread_attr_setstacksize(&threadAttr2, 120*1024);
        /**//* Set thread to detached state. No need for pthread_join*/
       irc = pthread_attr_setdetachstate(&threadAttr1,
   PTHREAD_CREATE_DETACHED);
       irc = pthread_attr_setdetachstate(&threadAttr2,
   PTHREAD_CREATE_DETACHED);
       if (STATIC ==1) ...{

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