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            pthread庫(kù)進(jìn)行多線程編程

            11 Threads
            1 Introduction
            不用介紹了吧…
            2 Thread Concepts
            1.     Thread由下面部分組成:
            a.     Thread ID
            b.     Stack
            c.     Policy
            d.     Signal mask
            e.     Errno
            f.      Thread-Specific Data
            3 Thread Identification
            1.     pthread_t用于表示Thread ID,具體內(nèi)容根據(jù)實(shí)現(xiàn)的不同而不同,有可能是一個(gè)Structure,因此不能將其看作為整數(shù)
            2.     pthread_equal函數(shù)用于比較兩個(gè)pthread_t是否相等
            #include <pthread.h>
             
            int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2)
            3.     pthread_self函數(shù)用于獲得本線程的thread id
            #include <pthread.h>
             
            pthread _t pthread_self(void);
             
            4 Thread Creation
            1.     創(chuàng)建線程可以調(diào)用pthread_create函數(shù):
            #include <pthread.h>
             
            int pthread_create(
                   pthread_t *restrict tidp,
                   const pthread_attr_t *restrict attr,
                   void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg);
            a.     pthread_t *restrict tidp:返回最后創(chuàng)建出來(lái)的Thread的Thread ID
            b.     const pthread_attr_t *restrict attr:指定線程的Attributes,后面會(huì)講道,現(xiàn)在可以用NULL
            c.     void *(*start_rtn)(void *):指定線程函數(shù)指針,該函數(shù)返回一個(gè)void *,參數(shù)也為void*
            d.     void *restrict arg:傳入給線程函數(shù)的參數(shù)
            e.     返回錯(cuò)誤值。
            2.     pthread函數(shù)在出錯(cuò)的時(shí)候不會(huì)設(shè)置errno,而是直接返回錯(cuò)誤值
            3.     在Linux系統(tǒng)下面,在老的內(nèi)核中,由于Thread也被看作是一種特殊,可共享地址空間和資源的Process,因此在同一個(gè)Process中創(chuàng)建的不同Thread具有不同的Process ID(調(diào)用getpid獲得)。而在新的2.6內(nèi)核之中,Linux采用了NPTL(Native POSIX Thread Library)線程模型(可以參考http://en.wikipedia.org/wiki/Native_POSIX_Thread_Libraryhttp://www-128.ibm.com/developerworks/linux/library/l-threading.html?ca=dgr-lnxw07LinuxThreadsAndNPTL),在該線程模型下同一進(jìn)程下不同線程調(diào)用getpid返回同一個(gè)PID。
            4.     不能對(duì)創(chuàng)建的新線程和當(dāng)前創(chuàng)建者線程的運(yùn)行順序作出任何假設(shè)
            5 Thread Termination
            1.     exit, _Exit, _exit用于中止當(dāng)前進(jìn)程,而非線程
            2.     中止線程可以有三種方式:
            a.     在線程函數(shù)中return
            b.     被同一進(jìn)程中的另外的線程Cancel掉
            c.     線程調(diào)用pthread_exit函數(shù)
            3.     pthread_exit和pthread_join函數(shù)的用法:
            a.     線程A調(diào)用pthread_join(B, &rval_ptr),被Block,進(jìn)入Detached狀態(tài)(如果已經(jīng)進(jìn)入Detached狀態(tài),則pthread_join函數(shù)返回EINVAL)。如果對(duì)B的結(jié)束代碼不感興趣,rval_ptr可以傳NULL。
            b.     線程B調(diào)用pthread_exit(rval_ptr),退出線程B,結(jié)束代碼為rval_ptr。注意rval_ptr指向的內(nèi)存的生命周期,不應(yīng)該指向B的Stack中的數(shù)據(jù)。
            c.     線程A恢復(fù)運(yùn)行,pthread_join函數(shù)調(diào)用結(jié)束,線程B的結(jié)束代碼被保存到rval_ptr參數(shù)中去。如果線程B被Cancel,那么rval_ptr的值就是PTHREAD_CANCELLED。
            兩個(gè)函數(shù)原型如下:
            #include <pthread.h>
             
            void pthread_exit(void *rval_ptr);
             
            int pthread_join(pthread_t thread, void **rval_ptr);
            4.     一個(gè)Thread可以要求另外一個(gè)Thread被Cancel,通過(guò)調(diào)用pthread_cancel函數(shù):
            #include <pthread.h>
             
            void pthread_cancel(pthread_t tid)
            該函數(shù)會(huì)使指定線程如同調(diào)用了pthread_exit(PTHREAD_CANCELLED)。不過(guò),指定線程可以選擇忽略或者進(jìn)行自己的處理,在后面會(huì)講到。此外,該函數(shù)不會(huì)導(dǎo)致Block,只是發(fā)送Cancel這個(gè)請(qǐng)求。
            5.     線程可以安排在它退出的時(shí)候,某些函數(shù)自動(dòng)被調(diào)用,類似atexit()函數(shù)。需要調(diào)用如下函數(shù):
            #include <pthread.h>
             
            void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void *), void *arg);
            void pthread_cleanup_pop(int execute);
            這兩個(gè)函數(shù)維護(hù)一個(gè)函數(shù)指針的Stack,可以把函數(shù)指針和函數(shù)參數(shù)值push/pop。執(zhí)行的順序則是從棧頂?shù)綏5祝簿褪呛蚿ush的順序相反。
            在下面情況下pthread_cleanup_push所指定的thread cleanup handlers會(huì)被調(diào)用:
            a.     調(diào)用pthread_exit
            b.     相應(yīng)cancel請(qǐng)求
            c.     以非0參數(shù)調(diào)用pthread_cleanup_pop()。(如果以0調(diào)用pthread_cleanup_pop(),那么handler不會(huì)被調(diào)用
            有一個(gè)比較怪異的要求是,由于這兩個(gè)函數(shù)可能由宏的方式來(lái)實(shí)現(xiàn),因此這兩個(gè)函數(shù)的調(diào)用必須得是在同一個(gè)Scope之中,并且配對(duì),因?yàn)樵趐thread_cleanup_push的實(shí)現(xiàn)中可能有一個(gè){,而pthread_cleanup_pop可能有一個(gè)}。因此,一般情況下,這兩個(gè)函數(shù)是用于處理意外情況用的,舉例如下:
            void *thread_func(void *arg)
            {
                pthread_cleanup_push(cleanup, “handler”)
             
                // do something
             
                Pthread_cleanup_pop(0);
                return((void *)0)
            }
             
            6.     進(jìn)程函數(shù)和線程函數(shù)的相關(guān)性:
            Process Primitive
            Thread Primitive
            Description
            fork
            pthread_create
            創(chuàng)建新的控制流
            exit
            pthread_exit
            退出已有的控制流
            waitpid
            pthread_join
            等待控制流并獲得結(jié)束代碼
            atexit
            pthread_cleanup_push
            注冊(cè)在控制流退出時(shí)候被調(diào)用的函數(shù)
            getpid
            pthread_self
            獲得控制流的id
            abort
            pthread_cancel
            請(qǐng)求非正常退出
            7.     缺省情況下,一個(gè)線程A的結(jié)束狀態(tài)被保存下來(lái)直到pthread_join為該線程被調(diào)用過(guò),也就是說(shuō)即使線程A已經(jīng)結(jié)束,只要沒(méi)有線程B調(diào)用pthread_join(A),A的退出狀態(tài)則一直被保存。而當(dāng)線程處于Detached狀態(tài)之時(shí),黨線程退出的時(shí)候,其資源可以立刻被回收,那么這個(gè)退出狀態(tài)也丟失了。在這個(gè)狀態(tài)下,無(wú)法為該線程調(diào)用pthread_join函數(shù)。我們可以通過(guò)調(diào)用pthread_detach函數(shù)來(lái)使指定線程進(jìn)入Detach狀態(tài):
            #include <pthread.h>
             
            int pthread_detach(pthread_t tid);
            通過(guò)修改調(diào)用pthread_create函數(shù)的attr參數(shù),我們可以指定一個(gè)線程在創(chuàng)建之后立刻就進(jìn)入Detached狀態(tài)
            6 Thread Synchronization
            1.     互斥量:Mutex
            a.     用于互斥訪問(wèn)
            b.     類型:pthread_mutex_t,必須被初始化為PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER(用于靜態(tài)分配的mutex,等價(jià)于pthread_mutex_init(…, NULL))或者調(diào)用pthread_mutex_init。Mutex也應(yīng)該用pthread_mutex_destroy來(lái)銷毀。這兩個(gè)函數(shù)原型如下:(attr的具體含義下一章討論)
            #include <pthread.h>
             
            int pthread_mutex_init(
                   pthread_mutex_t *restrict mutex,
                   const pthread_mutexattr_t *restrict attr)
             
            int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
            c.     pthread_mutex_lock用于Lock Mutex,如果Mutex已經(jīng)被Lock,該函數(shù)調(diào)用會(huì)Block直到Mutex被Unlock,然后該函數(shù)會(huì)Lock Mutex并返回。pthread_mutex_trylock類似,只是當(dāng)Mutex被Lock的時(shí)候不會(huì)Block,而是返回一個(gè)錯(cuò)誤值EBUSY。pthread_mutex_unlock則是unlock一個(gè)mutex。這三個(gè)函數(shù)原型如下:
            #include <pthread.h>
             
            int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
             
            int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
             
            int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
             
            2.     讀寫(xiě)鎖:Reader-Writer Locks
            a.     多個(gè)線程可以同時(shí)獲得讀鎖(Reader-Writer lock in read mode),但是只有一個(gè)線程能夠獲得寫(xiě)鎖(Reader-writer lock in write mode)
            b.     讀寫(xiě)鎖有三種狀態(tài)
                                                      i.    一個(gè)或者多個(gè)線程獲得讀鎖,其他線程無(wú)法獲得寫(xiě)鎖
                                                     ii.    一個(gè)線程獲得寫(xiě)鎖,其他線程無(wú)法獲得讀鎖
                                                    iii.    沒(méi)有線程獲得此讀寫(xiě)鎖
            c.     類型為pthread_rwlock_t
            d.     創(chuàng)建和關(guān)閉方法如下:
            #include <pthread.h>
             
            int pthread_rwlock_init(
                   pthread_rwlock_t *restrict rwlock,
                   const pthread_rwlockattr_t *restrict attr)
             
            int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
            e.     獲得讀寫(xiě)鎖的方法如下:
            #include <pthread.h>
             
            int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
             
            int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
             
            int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
             
            int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
             
            int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
             
            pthread_rwlock_rdlock:獲得讀鎖
            pthread_rwlock_wrlock:獲得寫(xiě)鎖
            pthread_rwlock_unlock:釋放鎖,不管是讀鎖還是寫(xiě)鎖都是調(diào)用此函數(shù)
            注意具體實(shí)現(xiàn)可能對(duì)同時(shí)獲得讀鎖的線程個(gè)數(shù)有限制,所以在調(diào)用pthread_rwlock_rdlock的時(shí)候需要檢查錯(cuò)誤值,而另外兩個(gè)pthread_rwlock_wrlock和pthread_rwlock_unlock則一般不用檢查,如果我們代碼寫(xiě)的正確的話。
            3.     Conditional Variable:條件
            a.     條件必須被Mutex保護(hù)起來(lái)
            b.     類型為:pthread_cond_t,必須被初始化為PTHREAD_COND_INITIALIZER(用于靜態(tài)分配的條件,等價(jià)于pthread_cond_init(…, NULL))或者調(diào)用pthread_cond_init
            #include <pthread.h>
             
            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函數(shù)用于等待條件發(fā)生(=true)。pthread_cond_timedwait類似,只是當(dāng)?shù)却瑫r(shí)的時(shí)候返回一個(gè)錯(cuò)誤值ETIMEDOUT。超時(shí)的時(shí)間用timespec結(jié)構(gòu)指定。此外,兩個(gè)函數(shù)都需要傳入一個(gè)Mutex用于保護(hù)條件
            #include <pthread.h>
             
            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結(jié)構(gòu)定義如下:
            struct timespec {
                   time_t tv_sec;       /* seconds */
                   long   tv_nsec;      /* nanoseconds */
            };
            注意timespec的時(shí)間是絕對(duì)時(shí)間而非相對(duì)時(shí)間,因此需要先調(diào)用gettimeofday函數(shù)獲得當(dāng)前時(shí)間,再轉(zhuǎn)換成timespec結(jié)構(gòu),加上偏移量。
            e.     有兩個(gè)函數(shù)用于通知線程條件被滿足(=true):
            #include <pthread.h>
             
            int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
             
            int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
            兩者的區(qū)別是前者會(huì)喚醒單個(gè)線程,而后者會(huì)喚醒多個(gè)線程。
                                        ////////////////////////////////////////////補(bǔ)充//////////////////////////////

            在傳統(tǒng)的Unix模型中,當(dāng)一個(gè)進(jìn)程需要由另一個(gè)實(shí)體執(zhí)行某件事時(shí),該進(jìn)程派生(fork)一個(gè)子進(jìn)程,讓子進(jìn)程去進(jìn)行處理。Unix下的大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器程序都是這么編寫(xiě)的,即父進(jìn)程接受連接,派生子進(jìn)程,子進(jìn)程處理與客戶的交互。

            雖然這種模型很多年來(lái)使用得很好,但是fork時(shí)有一些問(wèn)題:

            1. fork是昂貴的。內(nèi)存映像要從父進(jìn)程拷貝到子進(jìn)程,所有描述字要在子進(jìn)程中復(fù)制等等。目前有的Unix實(shí)現(xiàn)使用一種叫做寫(xiě)時(shí)拷貝(copy-on-write)的技術(shù),可避免父進(jìn)程數(shù)據(jù)空間向子進(jìn)程的拷貝。盡管有這種優(yōu)化技術(shù),fork仍然是昂貴的。

            2. fork子進(jìn)程后,需要用進(jìn)程間通信(IPC)在父子進(jìn)程之間傳遞信息。Fork之前的信息容易傳遞,因?yàn)樽舆M(jìn)程從一開(kāi)始就有父進(jìn)程數(shù)據(jù)空間及所有描述字的拷貝。但是從子進(jìn)程返回信息給父進(jìn)程需要做更多的工作。

            線程有助于解決這兩個(gè)問(wèn)題。線程有時(shí)被稱為輕權(quán)進(jìn)程(lightweight process),因?yàn)榫€程比進(jìn)程“輕權(quán)”,一般來(lái)說(shuō),創(chuàng)建一個(gè)線程要比創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程快10~100倍。

            一個(gè)進(jìn)程中的所有線程共享相同的全局內(nèi)存,這使得線程很容易共享信息,但是這種簡(jiǎn)易性也帶來(lái)了同步問(wèn)題。

            一個(gè)進(jìn)程中的所有線程不僅共享全局變量,而且共享:進(jìn)程指令、大多數(shù)數(shù)據(jù)、打開(kāi)的文件(如描述字)、信號(hào)處理程序和信號(hào)處置、當(dāng)前工作目錄、用戶ID和組ID。但是每個(gè)線程有自己的線程ID、寄存器集合(包括程序計(jì)數(shù)器和棧指針)、棧(用于存放局部變量和返回地址)、error、信號(hào)掩碼、優(yōu)先級(jí)。在Linux中線程編程符合Posix.1標(biāo)準(zhǔn),稱為Pthreads。所有的pthread函數(shù)都以pthread_開(kāi)頭。以下先講述5個(gè)基本線程函數(shù),在調(diào)用它們前均要包括pthread.h頭文件。然后再給出用它們編寫(xiě)的一個(gè)TCP客戶/服務(wù)器程序例子。

            第一個(gè)函數(shù):

             

            int pthread_create (pthread_t *tid,const pthread_attr_t *attr,void *      (*func)(void *),void *arg);

            一個(gè)進(jìn)程中的每個(gè)線程都由一個(gè)線程ID(thread ID)標(biāo)識(shí),其數(shù)據(jù)類型是pthread_t(常常是unsigned int)。如果新的線程創(chuàng)建成功,其ID將通過(guò)tid指針?lè)祷亍?

            每個(gè)線程都有很多屬性:優(yōu)先級(jí)、起始棧大小、是否應(yīng)該是一個(gè)守護(hù)線程等等,當(dāng)創(chuàng)建線程時(shí),我們可通過(guò)初始化一個(gè)pthread_attr_t變量說(shuō)明這些屬性以覆蓋缺省值。我們通常使用缺省值,在這種情況下,我們將attr參數(shù)說(shuō)明為空指針。

            最后,當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)線程時(shí),我們要說(shuō)明一個(gè)它將執(zhí)行的函數(shù)。線程以調(diào)用該函數(shù)開(kāi)始,然后或者顯式地終止(調(diào)用pthread_exit)或者隱式地終止(讓該函數(shù)返回)。函數(shù)的地址由func參數(shù)指定,該函數(shù)的調(diào)用參數(shù)是一個(gè)指針arg,如果我們需要多個(gè)調(diào)用參數(shù),我們必須將它們打包成一個(gè)結(jié)構(gòu),然后將其地址當(dāng)作唯一的參數(shù)傳遞給起始函數(shù)。

            在func和arg的聲明中,func函數(shù)取一個(gè)通用指針(void *)參數(shù),并返回一個(gè)通用指針(void *),這就使得我們可以傳遞一個(gè)指針(指向任何我們想要指向的東西)給線程,由線程返回一個(gè)指針(同樣指向任何我們想要指向的東西)。調(diào)用成功,返回0,出錯(cuò)時(shí)返回正Exxx值。Pthread函數(shù)不設(shè)置errno。

            第二個(gè)函數(shù):

             

            int pthread_join(pthread_t tid,void **status);

            該函數(shù)等待一個(gè)線程終止。把線程和進(jìn)程相比,pthread_creat類似于fork,而pthread_join類似于waitpid。我們必須要等待線程的tid,很可惜,我們沒(méi)有辦法等待任意一個(gè)線程結(jié)束。如果status指針?lè)强眨€程的返回值(一個(gè)指向某個(gè)對(duì)象的指針)將存放在status指向的位置。

            第三個(gè)函數(shù):

             

            pthread_t pthread_self(void);

            線程都有一個(gè)ID以在給定的進(jìn)程內(nèi)標(biāo)識(shí)自己。線程ID由pthread_creat返回,我們可以pthread_self取得自己的線程ID。

            第四個(gè)函數(shù):

             

            int pthread_detach(pthread_t tid);

            線程或者是可匯合的(joinable)或者是脫離的(detached)。當(dāng)可匯合的線程終止時(shí),其線程ID和退出狀態(tài)將保留,直到另外一個(gè)線程調(diào)用pthread_join。脫離的線程則像守護(hù)進(jìn)程:當(dāng)它終止時(shí),所有的資源都釋放,我們不能等待它終止。如果一個(gè)線程需要知道另一個(gè)線程什么時(shí)候終止,最好保留第二個(gè)線程的可匯合性。Pthread_detach函數(shù)將指定的線程變?yōu)槊撾x的。該函數(shù)通常被想脫離自己的線程調(diào)用,如:pthread_detach (pthread_self ( ));

             




             

            第五個(gè)函數(shù):

            void pthread_exit(void *status);

            該函數(shù)終止線程。如果線程未脫離,其線程ID和退出狀態(tài)將一直保留到調(diào)用進(jìn)程中的某個(gè)其他線程調(diào)用pthread_join函數(shù)。指針status不能指向局部于調(diào)用線程的對(duì)象,因?yàn)榫€程終止時(shí)這些對(duì)象也消失。有兩種其他方法可使線程終止:

            1. 啟動(dòng)線程的函數(shù)(pthread_creat的第3個(gè)參數(shù))返回。既然該函數(shù)必須說(shuō)明為返回一個(gè)void指針,該返回值便是線程的終止?fàn)顟B(tài)。

            2. 如果進(jìn)程的main函數(shù)返回或者任何線程調(diào)用了exit,進(jìn)程將終止,線程將隨之終止。

            ///////////////////////////////////////高級(jí)//////////////////////////////////////////

            一.pthread_create()之前的屬性設(shè)置
            1.線程屬性設(shè)置
            我們用pthread_create函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)線程,在這個(gè)線程中,我們使用默認(rèn)參數(shù),即將該函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)設(shè)為NULL。的確,對(duì)大多數(shù)程序來(lái)說(shuō),使用默認(rèn)屬性就夠了,但我們還是有必要來(lái)了解一下線程的有關(guān)屬性。
            屬性結(jié)構(gòu)為pthread_attr_t,它同樣在頭文件pthread.h中定義,屬性值不能直接設(shè)置,須使用相關(guān)函數(shù)進(jìn)行操作,初始化的函數(shù)為pthread_attr_init,這個(gè)函數(shù)必須在pthread_create函數(shù)之前調(diào)用。屬性對(duì)象主要包括是否綁定、是否分離、
            堆棧地址、堆棧大小、優(yōu)先級(jí)。默認(rèn)的屬性為非綁定、非分離、缺省的堆棧、與父進(jìn)程同樣級(jí)別的優(yōu)先級(jí)。

            2.綁定
            關(guān)于線程的綁定,牽涉到另外一個(gè)概念:輕進(jìn)程(LWP:Light Weight Process)。輕進(jìn)程可以理解為內(nèi)核線程,它位于用戶層和系統(tǒng)層之間。系統(tǒng)對(duì)線程資源的分配、對(duì)線程的控制是通過(guò)輕進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的,一個(gè)輕進(jìn)程可以控制一個(gè)或多個(gè)線程。默認(rèn)狀況下,啟動(dòng)多少輕進(jìn)程、哪些輕進(jìn)程來(lái)控制哪些線程是由系統(tǒng)來(lái)控制的,這種狀況即稱為非綁定的。綁定狀況下,則顧名思義,即某個(gè)線程固定的"綁"在一個(gè)輕進(jìn)程之上。被綁定的線程具有較高的響應(yīng)速度,這是因?yàn)镃PU時(shí)間片的調(diào)度是面向輕進(jìn)程的,綁定的線程可以保證在需要的時(shí)候它總有一個(gè)輕進(jìn)程可用。通過(guò)設(shè)置被綁定的輕進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)和調(diào)度級(jí)可以使得綁定的線程滿足諸如實(shí)時(shí)反應(yīng)之類的要求。
              設(shè)置線程綁定狀態(tài)的函數(shù)為 pthread_attr_setscope,它有兩個(gè)參數(shù),第一個(gè)是指向?qū)傩越Y(jié)構(gòu)的指針,第二個(gè)是綁定類型,它有兩個(gè)取值: PTHREAD_SCOPE_SYSTEM(綁定的)和PTHREAD_SCOPE_PROCESS(非綁定的)。下面的代碼即創(chuàng)建了一個(gè)綁定的線程。
            #i nclude <pthread.h>
            pthread_attr_t attr;
            pthread_t tid;
            /*初始化屬性值,均設(shè)為默認(rèn)值*/
            pthread_attr_init(&attr);
            pthread_attr_setscope(&attr, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM);
            pthread_create(&tid, &attr, (void *) my_function, NULL);

            3.線程分離狀態(tài)                                                                                                                                         線程的分離狀態(tài)決定一個(gè)線程以什么樣的方式來(lái)終止自己。非分離的線程終止時(shí),其線程ID和退出狀態(tài)將保留,直到另外一個(gè)線程調(diào)用pthread_join.分離的線程在當(dāng)它終止時(shí),所有的資源將釋放,我們不能等待它終止。                                                                                         設(shè)置線程分離狀態(tài)的函數(shù)為 pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate)。第二個(gè)參數(shù)可選為PTHREAD_CREATE_DETACHED(分離線程)和 PTHREAD _CREATE_JOINABLE(非分離線程)。這里要注意的一點(diǎn)是,如果設(shè)置一個(gè)線程為分離線程,而這個(gè)線程運(yùn)行又非常快,它很可能在 pthread_create函數(shù)返回之前就終止了,它終止以后就可能將線程號(hào)和系統(tǒng)資源移交給其他的線程使用,這樣調(diào)用pthread_create的線程就得到了錯(cuò)誤的線程號(hào)。要避免這種情況可以采取一定的同步措施,最簡(jiǎn)單的方法之一是可以在被創(chuàng)建的線程里調(diào)用 pthread_cond_timewait函數(shù),讓這個(gè)線程等待一會(huì)兒,留出足夠的時(shí)間讓函數(shù)pthread_create返回。設(shè)置一段等待時(shí)間,是在多線程編程里常用的方法。
            4.優(yōu)先級(jí)                                                                                                                                                 它存放在結(jié)構(gòu)sched_param中。用函數(shù)pthread_attr_getschedparam和函數(shù) pthread_attr_setschedparam進(jìn)行存放,一般說(shuō)來(lái),我們總是先取優(yōu)先級(jí),對(duì)取得的值修改后再存放回去。下面即是一段簡(jiǎn)單的例子。

            #i nclude <pthread.h>
            #i nclude <sched.h>
            pthread_attr_t attr; pthread_t tid;
            sched_param param;
            int newprio=20;
            /*初始化屬性*/
            pthread_attr_init(&attr);
            /*設(shè)置優(yōu)先級(jí)*/
            pthread_attr_getschedparam(&attr, &param);  
            param.sched_priority=newprio;
            pthread_attr_setschedparam(&attr, &param);
            pthread_create(&tid, &attr, (void *)myfunction, myarg);

            二.線程數(shù)據(jù)處理                                                                                                                                 和進(jìn)程相比,線程的最大優(yōu)點(diǎn)之一是數(shù)據(jù)的共享性,各個(gè)進(jìn)程共享父進(jìn)程處沿襲的數(shù)據(jù)段,可以方便的獲得、修改數(shù)據(jù)。但這也給多線程編程帶來(lái)了許多問(wèn)題。我們必須當(dāng)心有多個(gè)不同的進(jìn)程訪問(wèn)相同的變量。許多函數(shù)是不可重入的,即同時(shí)不能運(yùn)行一個(gè)函數(shù)的多個(gè)拷貝(除非使用不同的數(shù)據(jù)段)。在函數(shù)中聲明的靜態(tài)變量常常帶來(lái)問(wèn)題,函數(shù)的返回值也會(huì)有問(wèn)題。因?yàn)槿绻祷氐氖呛瘮?shù)內(nèi)部靜態(tài)聲明的空間的地址,則在一個(gè)線程調(diào)用該函數(shù)得到地址后使用該地址指向的數(shù)據(jù)時(shí),別的線程可能調(diào)用此函數(shù)并修改了這一段數(shù)據(jù)。在進(jìn)程中共享的變量必須用關(guān)鍵字volatile來(lái)定義,這是為了防止編譯器在優(yōu)化時(shí)(如gcc中使用-OX參數(shù))改變它們的使用方式。為了保護(hù)變量,我們必須使用信號(hào)量、互斥等方法來(lái)保證我們對(duì)變量的正確使用。
            1.線程數(shù)據(jù)                                                                                                                                                 在單線程的程序里,有兩種基本的數(shù)據(jù):全局變量和局部變量。但在多線程程序里,還有第三種數(shù)據(jù)類型:線程數(shù)據(jù)(TSD: Thread-Specific Data)。它和全局變量很象,在線程內(nèi)部,各個(gè)函數(shù)可以象使用全局變量一樣調(diào)用它,但它對(duì)線程外部的其它線程是不可見(jiàn)的。例如我們常見(jiàn)的變量errno,它返回標(biāo)準(zhǔn)的出錯(cuò)信息。它顯然不能是一個(gè)局部變量,幾乎每個(gè)函數(shù)都應(yīng)該可以調(diào)用它;但它又不能是一個(gè)全局變量,否則在 A線程里輸出的很可能是B線程的出錯(cuò)信息。要實(shí)現(xiàn)諸如此類的變量,我們就必須使用線程數(shù)據(jù)。我們?yōu)槊總€(gè)線程數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個(gè)鍵,它和這個(gè)鍵相關(guān)聯(lián),在各個(gè)線程里,都使用這個(gè)鍵來(lái)指代線程數(shù)據(jù),但在不同的線程里,這個(gè)鍵代表的數(shù)據(jù)是不同的,在同一個(gè)線程里,它代表同樣的數(shù)據(jù)內(nèi)容。
              和線程數(shù)據(jù)相關(guān)的函數(shù)主要有4個(gè):創(chuàng)建一個(gè)鍵;為一個(gè)鍵指定線程數(shù)據(jù);從一個(gè)鍵讀取線程數(shù)據(jù);刪除鍵。
              創(chuàng)建鍵的函數(shù)原型為:
              int pthread_key_create __P ((pthread_key_t *__key,void (*__destr_function) (void *)));                                                                                                                                                 第一個(gè)參數(shù)為指向一個(gè)鍵值的指針,第二個(gè)參數(shù)指明了一個(gè)destructor函數(shù),如果這個(gè)參數(shù)不為空,那么當(dāng)每個(gè)線程結(jié)束時(shí),系統(tǒng)將調(diào)用這個(gè)函數(shù)來(lái)釋放綁定在這個(gè)鍵上的內(nèi)存塊。這個(gè)函數(shù)常和函數(shù)pthread_once ((pthread_once_t*once_control, void (*initroutine) (void)))一起使用,為了讓這個(gè)鍵只被創(chuàng)建一次。函數(shù)pthread_once聲明一個(gè)初始化函數(shù),第一次調(diào)用pthread_once時(shí)它執(zhí)行這個(gè)函數(shù),以后的調(diào)用將被它忽略。
            int pthread_key_delete(pthread_key_t *key);
            該函數(shù)用于刪除一個(gè)由pthread_key_create 函數(shù)調(diào)用創(chuàng)建的鍵。調(diào)用成功返回值為0,否則返回錯(cuò)誤代碼。
            在下面的例子中,我們創(chuàng)建一個(gè)鍵,并將它和某個(gè)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。我們要定義一個(gè)函數(shù) createWindow,這個(gè)函數(shù)定義一個(gè)圖形窗口(數(shù)據(jù)類型為Fl_Window *,這是圖形界面開(kāi)發(fā)工具FLTK中的數(shù)據(jù)類型)。由于各個(gè)線程都會(huì)調(diào)用這個(gè)函數(shù),所以我們使用線程數(shù)據(jù)。
            /* 聲明一個(gè)鍵*/
            pthread_key_t myWinKey;
            /* 函數(shù) createWindow */
            void createWindow ( void ) {
            Fl_Window * win;
            static pthread_once_t once= PTHREAD_ONCE_INIT;
            /* 調(diào)用函數(shù)createMyKey,創(chuàng)建鍵*/
            pthread_once ( & once, createMyKey) ;
            /*win指向一個(gè)新建立的窗口*/
            win=new Fl_Window( 0, 0, 100, 100, "MyWindow");
            /* 對(duì)此窗口作一些可能的設(shè)置工作,如大小、位置、名稱等*/
            setWindow(win);
            /* 將窗口指針值綁定在鍵myWinKey上*/
            pthread_setpecific ( myWinKey, win);
            }
            /* 函數(shù) createMyKey,創(chuàng)建一個(gè)鍵,并指定了destructor */
            void createMyKey ( void ) {
            pthread_keycreate(&myWinKey, freeWinKey);
            }
            /* 函數(shù) freeWinKey,釋放空間*/
            void freeWinKey ( Fl_Window * win){
            delete win;
            }
            這樣,在不同的線程中調(diào)用函數(shù)createMyWin,都可以得到在線程內(nèi)部均可見(jiàn)的窗口變量,這個(gè)變量通過(guò)函數(shù) pthread_getspecific得到。在上面的例子中,我們已經(jīng)使用了函數(shù)pthread_setspecific來(lái)將線程數(shù)據(jù)和一個(gè)鍵綁定在一起。這兩個(gè)函數(shù)的原型如下:
              
            int pthread_setspecific __P ((pthread_key_t __key,__const void *__pointer)); 該函數(shù)設(shè)置一個(gè)線程專有數(shù)據(jù)的值,賦給由pthread_key_create 創(chuàng)建的鍵,調(diào)用成功返回值為0,否則返回錯(cuò)誤代碼。
            void *pthread_getspecific __P ((pthread_key_t __key));                                                  該函數(shù)獲得綁定到指定鍵上的值。調(diào)用成功,返回給定參數(shù)key 所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有數(shù)據(jù)連接到該鍵,則返回NULL。

              這兩個(gè)函數(shù)的參數(shù)意義和使用方法是顯而易見(jiàn)的。要注意的是,用pthread_setspecific為一個(gè)鍵指定新的線程數(shù)據(jù)時(shí),必須自己釋放原有的線程數(shù)據(jù)以回收空間。這個(gè)過(guò)程函數(shù)pthread_key_delete用來(lái)刪除一個(gè)鍵,這個(gè)鍵占用的內(nèi)存將被釋放,但同樣要注意的是,它只釋放鍵占用的內(nèi)存,并不釋放該鍵關(guān)聯(lián)的線程數(shù)據(jù)所占用的內(nèi)存資源,而且它也不會(huì)觸發(fā)函數(shù)pthread_key_create中定義的destructor函數(shù)。線程數(shù)據(jù)的釋放必須在釋放鍵之前完成。
            2.互斥鎖                                                                                                                                                 假設(shè)各個(gè)現(xiàn)成向同一個(gè)文件順序?qū)懭霐?shù)據(jù),最后得到的結(jié)果是不可想象的。所以用互斥鎖來(lái)保證一段時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)線程在執(zhí)行一段代碼。



            使用int pthread_mutex_lock鎖住互斥鎖,使用int pthread_mutex_unlock解瑣。
            如果我們?cè)噲D為一個(gè)已被其他線程鎖住的互斥鎖加鎖,程序便會(huì)阻塞直到該互斥對(duì)象解鎖。
            如果在共享內(nèi)存中分配一個(gè)互斥鎖,我們必須在運(yùn)行時(shí)調(diào)用ptgread_mutex_init函數(shù)盡心初始化。
            void reader_function ( void );
            void writer_function ( void );
            char buffer;
            int buffer_has_item=0;
            pthread_mutex_t mutex;
            struct timespec delay;
            void main ( void ){
            pthread_t reader;
            /* 定義延遲時(shí)間*/
            delay.tv_sec = 2;
            delay.tv_nec = 0;
            /* 用默認(rèn)屬性初始化一個(gè)互斥鎖對(duì)象*/
            pthread_mutex_init (&mutex,NULL);
            pthread_create(&reader, pthread_attr_default, (void *)&reader_function), NULL);
            writer_function( );
            }
            void writer_function (void){
            while(1){
            /* 鎖定互斥鎖*/
            pthread_mutex_lock (&mutex);
            if (buffer_has_item==0){
            buffer=make_new_item( );
            buffer_has_item=1;
            }
            /* 打開(kāi)互斥鎖*/
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            pthread_delay_np(&delay);
            }
            }
            void reader_function(void){
            while(1){
            pthread_mutex_lock(&mutex);
            if(buffer_has_item==1){
            consume_item(buffer);
            buffer_has_item=0;
            }
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            pthread_delay_np(&delay);
            }
            }
            函數(shù) pthread_mutex_init用來(lái)生成一個(gè)互斥鎖。NULL參數(shù)表明使用默認(rèn)屬性。如果需要聲明特定屬性的互斥鎖,須調(diào)用函數(shù) pthread_mutexattr_init。函數(shù)pthread_mutexattr_setpshared和函數(shù) pthread_mutexattr_settype用來(lái)設(shè)置互斥鎖屬性。前一個(gè)函數(shù)設(shè)置屬性pshared,它有兩個(gè)取值, PTHREAD_PROCESS_PRIVATE和PTHREAD_PROCESS_SHARED。前者用來(lái)不同進(jìn)程中的線程同步,后者用于同步本進(jìn)程的不同線程。在上面的例子中,我們使用的是默認(rèn)屬性PTHREAD_PROCESS_ PRIVATE。后者用來(lái)設(shè)置互斥鎖類型,可選的類型有PTHREAD_MUTEX_NORMAL、PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK、 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE和PTHREAD _MUTEX_DEFAULT。它們分別定義了不同的上所、解鎖機(jī)制,一般情況下,選用最后一個(gè)默認(rèn)屬性。
            需要注意的是在使用互斥鎖的過(guò)程中很有可能會(huì)出現(xiàn)死鎖:兩個(gè)線程試圖同時(shí)占用兩個(gè)資源,并按不同的次序鎖定相應(yīng)的互斥鎖,例如兩個(gè)線程都需要鎖定互斥鎖1和互斥鎖2,a線程先鎖定互斥鎖1,b線程先鎖定互斥鎖2,這時(shí)就出現(xiàn)了死鎖。此時(shí)我們可以使用函數(shù) pthread_mutex_trylock,它是函數(shù)pthread_mutex_lock的非阻塞版本,當(dāng)它發(fā)現(xiàn)死鎖不可避免時(shí),它會(huì)返回相應(yīng)的信息,程序員可以針對(duì)死鎖做出相應(yīng)的處理。另外不同的互斥鎖類型對(duì)死鎖的處理不一樣,但最主要的還是要程序員自己在程序設(shè)計(jì)注意這一點(diǎn)。
            3.條件變量
            互斥鎖一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是它只有兩種狀態(tài):鎖定和非鎖定。而條件變量通過(guò)允許線程阻塞和等待另一個(gè)線程發(fā)送信號(hào)的方法彌補(bǔ)了互斥鎖的不足,它常和互斥鎖一起使用。使用時(shí),條件變量被用來(lái)阻塞一個(gè)線程,當(dāng)條件不滿足時(shí),線程往往解開(kāi)相應(yīng)的互斥鎖并等待條件發(fā)生變化。一旦其它的某個(gè)線程改變了條件變量,它將通知相應(yīng)的條件變量喚醒一個(gè)或多個(gè)正被此條件變量阻塞的線程。這些線程將重新鎖定互斥鎖并重新測(cè)試條件是否滿足。一般說(shuō)來(lái),條件變量被用來(lái)進(jìn)行線承間的同步。
            條件變量的結(jié)構(gòu)為pthread_cond_t,函數(shù)pthread_cond_init()被用來(lái)初始化一個(gè)條件變量。它的原型為:

            int pthread_cond_init __P ((pthread_cond_t *__cond,__const pthread_condattr_t *__cond_attr));
                     
            其中cond是一個(gè)指向結(jié)構(gòu)pthread_cond_t的指針,cond_attr是一個(gè)指向結(jié)構(gòu)pthread_condattr_t的指針。結(jié)構(gòu) pthread_condattr_t是條件變量的屬性結(jié)構(gòu),和互斥鎖一樣我們可以用它來(lái)設(shè)置條件變量是進(jìn)程內(nèi)可用還是進(jìn)程間可用,默認(rèn)值是 PTHREAD_ PROCESS_PRIVATE,即此條件變量被同一進(jìn)程內(nèi)的各個(gè)線程使用。注意初始化條件變量只有未被使用時(shí)才能重新初始化或被釋放。
            在pthread中,條件變量是一個(gè)pthread_cond_t類型的變量,條件變量使用下面兩個(gè)函數(shù):

            pthread_cond_wait函數(shù)用于阻塞,線程可以被函數(shù)pthread_cond_signal和函數(shù)    pthread_cond_broadcast喚醒,但是要注意的是,條件變量只是起阻塞和喚醒線程的作用,具體的判斷條件還需用戶給出,例如一個(gè)變量是否為0等等,這一點(diǎn)我們從后面的例子中可以看到。線程被喚醒后,它將重新檢查判斷條件是否滿足,如果還不滿足,一般說(shuō)來(lái)線程應(yīng)該仍阻塞在這里,被等待被下一次喚醒。這個(gè)過(guò)程一般用while語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。
            另一個(gè)用來(lái)阻塞線程的函數(shù)是pthread_cond_timedwait()它比函數(shù)pthread_cond_wait()多了一個(gè)時(shí)間參數(shù),經(jīng)歷abstime段時(shí)間后,即使條件變量不滿足,阻塞也被解除。
            函數(shù)pthread_cond_signal()用來(lái)釋放被阻塞在條件變量cond上的一個(gè)線程。
            函數(shù)pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond)用來(lái)喚醒所有被阻塞在條件變量cond上的線程。這些線程被喚醒后將再次競(jìng)爭(zhēng)相應(yīng)的互斥鎖,所以必須小心使用這個(gè)函數(shù)。
            下面是使用函數(shù)pthread_cond_wait()和函數(shù)pthread_cond_signal()的一個(gè)簡(jiǎn)單的例子:
            pthread_mutex_t count_lock;
            pthread_cond_t count_nonzero;
            unsigned count;
            decrement_count () {
            pthread_mutex_lock (&count_lock);
            while(count==0)
            pthread_cond_wait( &count_nonzero, &count_lock);
            count=count -1;
            pthread_mutex_unlock (&count_lock);
            }

            increment_count(){
            pthread_mutex_lock(&count_lock);
            if(count==0)
            pthread_cond_signal(&count_nonzero);
            count=count+1;
            pthread_mutex_unlock(&count_lock);
            }
            count值為0時(shí), decrement函數(shù)在pthread_cond_wait處被阻塞,并打開(kāi)互斥鎖count_lock。此時(shí),當(dāng)調(diào)用到函數(shù) increment_count時(shí),pthread_cond_signal()函數(shù)改變條件變量,告知decrement_count()停止阻塞。

            posted on 2008-04-16 09:14 RedLight 閱讀(1241) 評(píng)論(0)  編輯 收藏 引用 所屬分類: 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器開(kāi)發(fā)

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