linux下用C開發多線程程序，Linux系統下的多線程遵循POSIX線程接口，稱為pthread。

#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 修飾的指針： 由 restrict 修飾的指針是最初唯一對指針所指向的對象進行存取的方法，僅當第二個指針基于第一個時，才能對對象進行存取。對對象的存取都限定于基于由 restrict 修飾的指針表達式中。 由 restrict 修飾的指針主要用于函數形參，或指向由 malloc() 分配的內存空間。restrict 數據類型不改變程序的語義。 編譯器能通過作出 restrict 修飾的指針是存取對象的唯一方法的假設，更好地優化某些類型的例程。

第一個參數為指向線程標識符的指針。
第二個參數用來設置線程屬性。
第三個參數是線程運行函數的起始地址。
最后一個參數是運行函數的參數。

下面這個程序中，我們的函數thr_fn不需要參數，所以最后一個參數設為空指針。第二個參數我們也設為空指針，這樣將生成默認屬性的線程。當創建線程成功時，函數返回0，若不為0則說明創建線程失敗，常見的錯誤返回代碼為EAGAIN和EINVAL。前者表示系統限制創建新的線程，例如線程數目過多了；后者表示第二個參數代表的線程屬性值非法。創建線程成功后，新創建的線程則運行參數三和參數四確定的函數，原來的線程則繼續運行下一行代碼。

#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 *thr_fn(void *arg){ printids("new thread:"); return ((void *)0); } int main(){ int err; err = pthread_create(&ntid,NULL,thr_fn,NULL); if(err != 0){ printf("can't create thread: %s\n",strerror(err)); return 1; } printids("main thread:"); sleep(1); return 0; }

把APUE2上的一個程序修改一下，然后編譯。
結果報錯:
pthread.c:(.text+0x85)：對‘pthread_create’未定義的引用

由于pthread庫不是Linux系統默認的庫，連接時需要使用庫libpthread.a,所以在使用pthread_create創建線程時，在編譯中要加-lpthread參數:
gcc -o pthread -lpthread pthread.c

 

 

這是一個關于Posix線程編程的專欄。作者在闡明概念的基礎上，將向您詳細講述Posix線程庫API。本文是第一篇將向您講述線程的創建與取消。

 

一、線程創建

 

1．1 線程與進程
相對進程而言，線程是一個更加接近于執行體的概念，它可以與同進程中的其他線程共享數據，但擁有自己的棧空間，擁有獨立的執行序列。在串行程序基礎上引入線程和進程是為了提高程序的并發度，從而提高程序運行效率和響應時間。

 

線程和進程在使用上各有優缺點：線程執行開銷小，但不利于資源的管理和保護；而進程正相反。同時，線程適合于在SMP機器上運行，而進程則可以跨機器遷移。

 

1．2 創建線程
POSIX通過pthread_create()函數創建線程，API定義如下：

int   pthread_create(pthread_t   *   thread, pthread_attr_t * attr, void * (*start_routine)(void *), void * arg)

與fork()調用創建一個進程的方法不同，pthread_create()創建的線程并不具備與主線程（即調用pthread_create()的線程）同樣的執行序列，而是使其運行start_routine(arg)函數。thread返回創建的線程ID，而attr是創建線程時設置的線程屬性（見下）。pthread_create()的返回值表示線程創建是否成功。盡管arg是void *類型的變量，但它同樣可以作為任意類型的參數傳給start_routine()函數；同時，start_routine()可以返回一個void *類型的返回值，而這個返回值也可以是其他類型，并由pthread_join()獲取。

1．3 線程創建屬性
pthread_create()中的attr參數是一個結構指針，結構中的元素分別對應著新線程的運行屬性，主要包括以下幾項：

 

__detachstate，表示新線程是否與進程中其他線程脫離同步，如果置位則新線程不能用pthread_join()來同步，且在退出時自行釋放所占用的資源。缺省為PTHREAD_CREATE_JOINABLE狀態。這個屬性也可以在線程創建并運行以后用pthread_detach()來設置，而一旦設置為PTHREAD_CREATE_DETACH狀態（不論是創建時設置還是運行時設置）則不能再恢復到 PTHREAD_CREATE_JOINABLE狀態。

 

__schedpolicy，表示新線程的調度策略，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，缺省為SCHED_OTHER，后兩種調度策略僅對超級用戶有效。運行時可以用過 pthread_setschedparam()來改變。

 

__schedparam，一個struct sched_param結構，目前僅有一個sched_priority整型變量表示線程的運行優先級。這個參數僅當調度策略為實時（即SCHED_RR 或SCHED_FIFO）時才有效，并可以在運行時通過pthread_setschedparam()函數來改變，缺省為0。

 

__inheritsched，有兩種值可供選擇：PTHREAD_EXPLICIT_SCHED和PTHREAD_INHERIT_SCHED，前者表示新線程使用顯式指定調度策略和調度參數（即attr中的值），而后者表示繼承調用者線程的值。缺省為PTHREAD_EXPLICIT_SCHED。

 

__scope，表示線程間競爭CPU的范圍，也就是說線程優先級的有效范圍。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線程一起競爭CPU時間，后者表示僅與同進程中的線程競爭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()來設置。

 

為了設置這些屬性，POSIX定義了一系列屬性設置函數，包括pthread_attr_init()、pthread_attr_destroy()和與各個屬性相關的pthread_attr_get---/pthread_attr_set---函數。

 

1．4 線程創建的Linux實現
我們知道，Linux的線程實現是在核外進行的，核內提供的是創建進程的接口do_fork()。內核提供了兩個系統調用__clone()和fork ()，最終都用不同的參數調用do_fork()核內API。當然，要想實現線程，沒有核心對多進程（其實是輕量級進程）共享數據段的支持是不行的，因此，do_fork()提供了很多參數，包括CLONE_VM（共享內存空間）、CLONE_FS（共享文件系統信息）、CLONE_FILES（共享文件描述符表）、CLONE_SIGHAND（共享信號句柄表）和CLONE_PID（共享進程ID，僅對核內進程，即0號進程有效）。當使用fork系統調用時，內核調用do_fork()不使用任何共享屬性，進程擁有獨立的運行環境，而使用pthread_create()來創建線程時,則最終設置了所有這些屬性來調用__clone()，而這些參數又全部傳給核內的do_fork()，從而創建的"進程"擁有共享的運行環境，只有棧是獨立的，由 __clone()傳入。

 

Linux線程在核內是以輕量級進程的形式存在的，擁有獨立的進程表項，而所有的創建、同步、刪除等操作都在核外pthread庫中進行。pthread 庫使用一個管理線程（__pthread_manager()，每個進程獨立且唯一）來管理線程的創建和終止，為線程分配線程ID，發送線程相關的信號（比如Cancel），而主線程（pthread_create()）的調用者則通過管道將請求信息傳給管理線程。

 

二、線程取消

 

2．1 線程取消的定義
一般情況下，線程在其主體函數退出的時候會自動終止，但同時也可以因為接收到另一個線程發來的終止（取消）請求而強制終止。

 

2．2 線程取消的語義
線程取消的方法是向目標線程發Cancel信號，但如何處理Cancel信號則由目標線程自己決定，或者忽略、或者立即終止、或者繼續運行至Cancelation-point（取消點），由不同的Cancelation狀態決定。

 

線程接收到CANCEL信號的缺省處理（即pthread_create()創建線程的缺省狀態）是繼續運行至取消點，也就是說設置一個CANCELED狀態，線程繼續運行，只有運行至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()等函數以及read()、write()等會引起阻塞的系統調用都是Cancelation-point，而其他pthread函數都不會引起Cancelation動作。但是pthread_cancel的手冊頁聲稱，由于LinuxThread庫與C庫結合得不好，因而目前C庫函數都不是Cancelation-point；但CANCEL信號會使線程從阻塞的系統調用中退出，并置EINTR錯誤碼，因此可以在需要作為Cancelation-point的系統調用前后調用 pthread_testcancel()，從而達到POSIX標準所要求的目標，即如下代碼段：

pthread_testcancel();      retcode = read(fd, buffer, length);      pthread_testcancel();

2．4 程序設計方面的考慮
如果線程處于無限循環中，且循環體內沒有執行至取消點的必然路徑，則線程無法由外部其他線程的取消請求而終止。因此在這樣的循環體的必經路徑上應該加入pthread_testcancel()調用。

 

2．5 與線程取消相關的pthread函數
int pthread_cancel(pthread_t thread)
發送終止信號給thread線程，如果成功則返回0，否則為非0值。發送成功并不意味著thread會終止。

 

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate)
設置本線程對Cancel信號的反應，state有兩種值：PTHREAD_CANCEL_ENABLE（缺省）和 PTHREAD_CANCEL_DISABLE，分別表示收到信號后設為CANCLED狀態和忽略CANCEL信號繼續運行；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)
設置本線程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，分別表示收到信號后繼續運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類型值。

 

void pthread_testcancel(void)
檢查本線程是否處于Canceld狀態，如果是，則進行取消動作，否則直接返回。