Pthread 与 Linux

Pthread 与 Linux
2010年10月11日
　　发信人: chenhao (努力学习), 信区: Linux标  题: Pthread 与 Linux发信站: 北大未名站 (2000年11月19日16:06:39 星期天) , 转信    Pthread 与 Linux 2000-10-12 15:01:42 Pthread本来是一套用户级线程库, 但在Linux上实现时, 却使用了内核级线程来完成, 这样的好处是, 可以充分的提高程序的并发性, 线程也可以象以前一样调用read这样的函数, 而不必担心会由于阻赛影响其它的线程的运行. 但这样一来, linux的线程就不是标准的了.下面结合Linux上的实现来谈一谈Pthread.一 基本概念---------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("%s\n", (char *)arg);sleep(2);}return NULL;}main(){pthread_t pid;pthread_create(&pid, NULL, pp, "hello world");while (1) {printf("I am main thread\n");sleep(1);}}gcc test.c -lpthread./a.outI am main threadhello worldI am main threadhello 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-------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 --------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Mutexint pthread_mutex_init (pthread_mutex_t *MUTEX, constpthread_mutexattr_t *MUTEXATTR);锁定一个Mutexint pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *mutex));试图锁定一个Mutexint pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *MUTEX);结锁一个Mutexint pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *MUTEX);销毁一个Mutextint 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 mutexpthread_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) ------------------------------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 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------------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 got\n");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)-----------------------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_waitsigwait 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_DISABLEint 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_DEFERREDvoid pthread_testcancel (VOID);八. 清理函数 (Cleanup Handlers)-------------------------------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)-----------------------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.本文章版权属Bricks with GNU&LINUX所有。--※ 来源:．北大未名站 bbs.pku.edu.cn [FROM: 162.105.45.129]