Linux下多线程编程(C语言)

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Linux下多线程编程(C语言)

hnxymjj 2012-09-14 21:54:00 浏览1344 评论0

摘要: Linux下多线程编程(C语言) 2.6内核开始使用NPTL(Native POSIX Thread Library)线程库,这个线程库有以下几个目标: POSIX兼容,都处理结果和应用,底启动开销,低链接开销,与Linux Thread应用的二进制兼容,软硬件的可扩展能力,与C++集成等。

Linux下多线程编程(C语言)
2.6内核开始使用NPTL(Native POSIX Thread Library)线程库,这个线程库有以下几个目标: POSIX兼容,都处理结果和应用,底启动开销,低链接开销,与Linux Thread应用的二进制兼容,软硬件的可扩展能力,与C++集成等。
这里的线程是指用户空间的线程操作
一、线程相关操作
1.1  pthread_t
     pthread_t 在头文件  /usr/include/i386-linux-gnu/bits/pthreadtypes.h中定义:
  typedef unsigned long int pthread_t;
  它是一个线程的标识符(线程ID)。
    1.2 pthread_create
用来创建一个线程,它的原型为:
  extern int pthread_create __P ((pthread_t *__thread, __const pthread_attr_t *__attr,void *(*__start_routine) (void *), void *__arg));
  (1)、第一个参数为指向线程标识符的指针(线程ID),第二个参数用来设置线程属性,第三个参数是线程运行函数的起始地址,最后一个参数是运行函数的参数。
(2)、若函数线程运行函数thread不需要参数,则最后一个参数应设为空指针。
(3)、第二个参数选择设为空指针,则将生成默认属性的线程。(可以对其属性进行设定和修改)
(4)、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。
常见的错误返回代码为EAGAIN和EINVAL。
EAGAIN表示系统限制创建新的线程,例如线程数目过多了;
EINVAL表示第二个参数代表的线程属性值非法。
(5)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,原来的线程则继续运行下一行代码。
(6)attr: 线程属性包括:优先级、初始栈大小,是否应该成为一个守护线程。
缺省设置,NULL
tidp是要创建的线程,创建成功后tipd为先线程的id
void *(* func) (void *)是一个函数指针,该函数指针的类型为void* (*)(void *)
1.3  pthread_join 和 pthread_exit  
线程退出的三种方式:
(1) 在线程创建以后,就开始运行相关的线程函数,在该线程函数运行完之后,该线程也就退出了。这是线程退出的一种方法: 运行完毕,自动退出;
       (2) 调用pthread_exit函数主动退出;
       (3) 进程终止函数exit函数,一旦结束了进程,那么此进程中所有线程都将无条件终止。
     注意点:在默认线程属性下,如果一个进程有很多线程在同时运行,一个线程在退出以后,当前线程所占用的资源并不会随着线程的终止而得到释放。因为所有处在一个进程中的线程共享资源。
    线程中还有一个常用函数:pthread_join函数可以用于将当前线程挂起,,等待其他线程结束。实际上,这个函数是就是一个线程阻塞函数,调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止。当函数返回时,被等待线程的资源就被回收。
extern int pthread_join __P ((pthread_t __th, void **__thread_return));
th: 等待线程的标识符
thread_return:用户定义的指针,用来存储被等待线程的返回值(不为NULL时)
成功:0
void pthread_exit(void *retval)
retval:调用者线程的返回值,可由其他函数如pthread_join来检索获取。
1.4  互斥锁相关
     互斥锁用来保证一段时间内只有一个线程在执行一段代码。
必须被初始化为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER(用于静态分配的mutex,等价于 pthread_mutex_init(…, NULL))或者调用pthread_mutex_init。Mutex也应该用pthread_mutex_destroy来销毁。
    (1) pthread_mutex_init
     函 数pthread_mutex_init用来生成一个互斥锁。NULL参数表明使用默认属性。
    (2) pthread_mutex_lock   pthread_mutex_unlock   pthread_delay_np
   pthread_mutex_lock表示开始用互斥锁上锁,此后的代码直至调用pthread_mutex_unlock为止,均被上锁,即同一时间只 能被一个线程调用执行。当一个线程执行到pthread_mutex_lock处时,如果该锁此时被另一个线程使用,那此线程被阻塞,即程序将等待到另一 个线程释放此互斥锁。
(3) sleep是为了让线程睡眠一段时间,让线程释放互斥锁,等待另一个线程使用此锁。
1.5取消一个线程
1.5.1  int pthread_cancel(pthread_t thread);
thread:线程的标识符           成功:0
1.5.2  在取消线形程请求的接收端,线程可以用pthread_setcancelstate设置自己的取消状态,
int pthread_setcancelstate(int state,int *oldstate);(是否接受取消的请求)
state:可以是PTHREAD_CANCEL_ENABLE,这个值允许线程接收取消请求;还可以是PTHREAD_CANCEL_DISABLE,它的作用是屏幕它们。
     线程以前的取消状态可以用oldstate指针检索出来。如果没兴趣可以传一个NULL进去。
1.5.3 如果取消请求被接受了,线程会进入第二个控制层次----用pthread_setcanceltype设置取消类型。
int pthread_setcanceltype(int type,int *oldstate);
type:可以有两种取值:
(1)一个是PTHREAD_CANCEL_ASYNCHORONOUS,接收到取消请求之后立刻采取行动;
(2)另一个是 PTHREAD_CANCEL_DEFERRED,在接收到取消请求之后、采取实际行动之前,先执行以下几个函数之一:pthread_join、 pthread_cond_wait、pthread_cond_timewait、pthread_testcancel、sem_wait或 sigwait。  
成功:0
1.6 获取线程自身的id
pthread_t pthread_self(void);
1.7线程清理处理程序
void pthread_clean_push(void (*rtn)(void *),void *arg)
void pthread_clean_pop(iny excute)
清理函数的调用顺序是由pthread_clean_push函数安排的。
它在下列几种情况下执行:
1.调用pthread_exit时
2.响应取消请求时
3.用非零execute参数调用pthread_clean_pop时
如果execute参数为0,清理函数将不被调用。无论何种情况,pthread_clean_pop都将删除上次pthread_clean_push建立的清理处理程序。
如果线程使用return从例程返回,那么pthread_clean_push建立的清理处理程序不会被执行。

1.8 读写锁:Reader-Writer Locks
1.8.1  多个线程可以同时获得读锁(Reader-Writer lock in read mode),但是只有一个线程能够获得写锁(Reader-writer lock in write mode)
1.8.2 读写锁有三种状态
      (1).一个或者多个线程获得读锁,其他线程无法获得写锁
       (2)一个线程获得写锁,其他线程无法获得读锁
       (3).没有线程获得此读写锁
1.8.3类型为pthread_rwlock_t
1.8.4创建和关闭读写锁
int pthread_rwlock_init(  pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr)

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
pthread_rwlock_rdlock:获得读锁
pthread_rwlock_wrlock:获得写锁
pthread_rwlock_unlock:释放锁,不管是读锁还是写锁都是调用此函数
注意具体 实现可能对同时获得读锁的线程个数有限制,所以在调用 pthread_rwlock_rdlock的时候需要检查错误值,而另外两个pthread_rwlock_wrlock和 pthread_rwlock_unlock则一般不用检查,如果我们代码写的正确的话。
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
 
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
  1.8.4  Conditional Variable:条件
a.     条件必须被Mutex保护起来
b.     类型为:pthread_cond_t,必须被初始化为PTHREAD_COND_INITIALIZER(用于静态分配的条件,等价于pthread_cond_init(…, NULL))或者调用pthread_cond_init
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condxattr_t *restrict attr)

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
 
c.     pthread_cond_wait 函数用于等待条件发生(=true)。pthread_cond_timedwait类似,只是当等待超时的时候返回一个错误值ETIMEDOUT。超时 的时间用timespec结构指定。此外,两个函数都需要传入一个Mutex用于保护条件
int pthread_cond_wait( pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
 
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex,
       const struct timespec *restrict timeout);
d.     timespec结构定义如下:
struct timespec {
       time_t tv_sec;       /* seconds */
       long   tv_nsec;      /* nanoseconds */
};
注意timespec的时间是绝对时间而非相对时间,因此需要先调用gettimeofday函数获得当前时间,再转换成timespec结构,加上偏移量。
e.     有两个函数用于通知线程条件被满足(=true):
 
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
 
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
两者的区别是前者会唤醒单个线程,而后者会唤醒多个线程。
1.9 (????????????????????????)
int pthread_detach(pthread_t tid);
线程或者是可汇合的 (joinable)或者是脱离的(detached)。当可汇合的线程终止时,其线程ID和退出状态将保留,直到另外一个线程调用 pthread_join。脱离的线程则像守护进程:当它终止时,所有的资源都释放,我们不能等待它终止。如果一个线程需要知道另一个线程什么时候终止, 最好保留第二个线程的可汇合性。pthread_detach函数将指定的线程变为脱离的。该函数通常被想脱离自己的线程调用,如:pthread_detach (pthread_self ( ));
1.10
线程安全:概念比较直观。一般说来,一个函数被称为线程安全的,当且仅当被多个并发线程反复调用时,它会一直产生正确的结果。
可重入:概念基本没有比较正式的完整解释,但是它比线程安全要求更严格。根据经验,所谓“重入”,常见的情况是,程序执行到某个函数foo()时,收到信号,于是暂停目前正在执行的函数,转到信号处理函数,而这个信号处理函数的执行过程中,又恰恰也会进入到刚刚执行的函数foo(),这样便发生了所谓的重入。此时如果foo()能够正确的运行,而且处理完成后,之前暂停的foo()也能够正确运行,则说明它是可重入的。
线程安全的条件:
要 确保函数线程安全,主要需要考虑的是线程之间的共享变量。属于同一进程的不同线程会共享进程内存空间中的全局区和堆,而私有的线程空间则主要包括栈和寄存 器。因此,对于同一进程的不同线程来说,每个线程的局部变量都是私有的,而全局变量、局部静态变量、分配于堆的变量都是共享的。在对这些共享变量进行访问 时,如果要保证线程安全,则必须通过加锁的方式。
可重入的判断条件:
要确保函数可重入,需满足一下几个条件:
1、不在函数内部使用静态或全局数据
2、不返回静态或全局数据,所有数据都由函数的调用者提供。
3、使用本地数据,或者通过制作全局数据的本地拷贝来保护全局数据。
4、不调用不可重入函数。
     可重入与线程安全并不等同,一般说来,可重入的函数一定是线程安全的,但反过来不一定成立。
比如:strtok函数是既不可重入的,也不是线程安全的;加锁的strtok不是可重入的,但线程安全;而strtok_r既是可重入的,也是线程安全的。
 


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