Linux/UNIX线程

Posted 2020-09-23 yangykaifa

线程(1)

本文将介绍怎样使用多个控制线程在单个进程环境中运行多个任务。

一个进程中的全部线程都能够訪问该进程的组成部件（如文件描写叙述符和内存）。

线程包含了表示进程内运行环境必须的信息，当中包含进程中标识线程的线程ID、一组寄存器值、栈、调度优先级和策略、信号屏蔽字、errno变量以及线程私有数据。进程的全部信息对该进程的全部线程都是共享的，包含可运行的程序文本、程序的全局内存和堆内存、栈以及文件描写叙述符。

线程标识

进程ID在整个系统中是唯一的。每一个线程ID。线程ID仅仅在它所属的进程环境中有效。

在线程中。线程ID的类型是pthread_t类型，因为在Linux下线程採用POSIX标准，所以，在不同的系统下。pthread_t的类型是不同的。比方在ubuntn下，是unsigned long类型。而在solaris系统中，是unsigned int类型。而在FreeBSD上才用的是结构题指针。 所以不能直接使用==判读。而应该使用pthread_equal来推断。

#include<pthread.h>

intpthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

返回值：若相等则返回非0值，否则返回0。

线程能够通过调用

#include<pthread.h>

pthread_tpthread_self(void);

返回值是调用线程的线程。

线程创建

创建线程能够调用pthread_create函数创建。

#include<pthread.h>

intpthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,

                          void*(*start_routine) (void *), void *arg);

返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号

当pthread_create成功返回时，由thread指向的内存单元被设置为新创建线程的线程ID。

attr參数用于定制各种不同的线程属性。

将attr设置为NULL，创建默认属性的线程。

新创建的线程从start_routine函数地址開始执行，该函数仅仅有一个无类型指针參数arg。假设须要向start_routine函数传递的參数不止一个，那么须要把这些參数放到一个结构中，然后把这个结构的地址作为arg參数传入。

线程创建时并不能保证哪个线程会先执行：是新创建的线程还是调用线程。新创建的线程能够訪问进程的地址空间，而且继承调用线程的浮点环境和信号屏蔽字。但该线程的未决信号集被清除。

以下的程序创建了一个线程而且打印进程ID、新线程的线程ID以及初始化线程的线程ID。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.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);
}

void err_quit(const char* fmt, ...)
{
printf("%s\n",fmt);
exit(1);
}


int main(void)
{
    int     err;

    err = pthread_create(&ntid, NULL, thr_fn, NULL);
    if (err != 0)
        err_quit("can‘t create thread: %s\n", strerror(err));
printids("main thread:");
    sleep(1);
    exit(0);
}

编译：

 pthread 库不是 Linux 系统默认的库，连接时须要使用静态库 libpthread.a。所以在使用pthread_create()创建线程，以及调用 pthread_atfork()函数建立fork处理程序时，须要链接该库。

gcc creatThread.c –lpthread

运行及输出：

./a.out

main thread: pid2846 tid 3079362240 (0xb78b56c0)

new thread:  pid 2846 tid 3079359344 (0xb78b4b70)

主线程须要休眠，否则整个进程有可能在新线程进入执行之前就终止了。新线程是通过pthread_self()来获取自己的线程ID，而不是从共享内存中读出或者从线程的启动例程中以參数接收到。pthread_create函数会通过第一个參数返回新建线程的ID。在本例中。新建线程ID被放在ntid中，可是假设新线程在主线程调用pthread_create返回之前就执行了，那么新线程看到的是未初始化的ntid内容。

线程终止

假设进程中的任一线程调用了exit，_Exit或者_exit。那么整个进程就会终止。一次类似，假设信号的默认动作是终止进程。那么，把该信号发送到线程会终止整个进程。

         但线程能够通过下列三种方式退出：

1.      线程仅仅是从启动例程中返回。返回值是线程的退出码

2.      线程能够被同一进程中的其它线程取消

3.      线程调用pthread_exit

pthread_exit函数：

 #include<pthread.h>

voidpthread_exit(void *retval);

retval 是一个无类型的指针，与传给启动例程的单个參数类似。进程中的其它线程能够通过调用pthread_join函数訪问到这个指针。

#include<pthread.h>

intpthread_join(pthread_t thread, void **retval);

返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号

调用pthread_join函数的线程将一直被堵塞，直到指定的线程调用pthread_exit 、从启动例程中返回或者被取消。

假设线程仅仅是从它的启动例程返回。retval 将包括返回码。假设线程被取消。retval 指定的内存单元就设置为PTHREAD_CANCELED。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<pthread.h>
 
void * thr_fn1(void*arg)
{
    printf("thread 1 returning\n");
    return((void *)1);
}
 
void * thr_fn2(void*arg)
{
    printf("thread 2 exiting\n");
    pthread_exit((void *)2);
}
voiderr_quit(const char* fmt, ...)
{
    printf("%s\n",fmt);
    exit(1);
}
int main(void)
{
    int        err;
    pthread_t  tid1, tid2;
    void       *tret;
 
    err = pthread_create(&tid1, NULL,thr_fn1, NULL);
    if (err != 0)
    {
        err_quit("can‘t create thread 1:%s\n", strerror(err));
 
    }
    err = pthread_create(&tid2, NULL,thr_fn2, NULL);
    if (err != 0)
        err_quit("can‘t create thread 2:%s\n", strerror(err));
err = pthread_join(tid1, &tret);
if (err != 0)
        err_quit("can‘tjoin with thread 1: %s\n", strerror(err));
    printf("thread 1 exitcode %d\n", (int)tret);
    err = pthread_join(tid2,&tret);
    if (err != 0)
        err_quit("can‘tjoin with thread 2: %s\n", strerror(err));
    printf("thread 2 exitcode %d\n", (int)tret);
    exit(0);
}

执行及输出：

thread 2 exiting

thread 1 returning

thread 1 exit code 1

thread 2 exit code 2

能够看出当一个线程通过调用pthread_exit退出或简单地从启动例程中返回时，进程中的其它线程能够通过调用pthread_join函数获得该线程的退出状态。

pthread_exit和pthread_create函数的无类型指针參数可能传递一个复杂的结构的地址。单数该结构所使用的内存调用者完毕调用以后必须仍然是有效的。

能够使用全局结构或者malloc函数分配栈结构。

线程能够通过调用pthread_cancel函数请求取消同一进程中的其它线程。

#include <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t thread);

返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号。

在默认情况下，pthread_cancel函数会使得由thread标识的线程的行为表现为如同调用了參数为PTHREAD_CANCELED的pthread_exit函数，可是线程能够选择忽略取消方式或是控制取消方式。

线程能够安排它退出时须要调用的函数，这与进程能够用atexit函数安排进程退出时须要调用的函数时类似的。这种函数成为线程清理处理程序。

线程能够建立多个清理程序。处理程序记录在栈中。也就是说它们的运行顺序与它们注冊时的顺序相反。

 #include<pthread.h>

voidpthread_cleanup_push(void (*routine)(void *), void *arg);

voidpthread_cleanup_pop(int execute);

当线程运行下面动作时调用清理函数，调用參数为arg。清理函数routine的调用顺序是由pthread_cleanup_push函数安排的。

1.调用pthread_exit时

2.响应取消请求时

         3.用非零execute參数调用voidpthread_cleanup_pop时

         假设execute为0，清理函数将不被调用。不管哪种情况，pthread_cleanup_pop都将删除上次pthread_cleanup_push调用建立的清理处理程序。

         例如以下程序显示了怎样使用线程清理处理程序。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
 
void cleanup(void *arg)
{
   printf("cleanup: %s\n", (char *)arg);
}
 
void * thr_fn1(void *arg)
{
   printf("thread 1 start\n");
   pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 1 first handler");
   pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 1 second handler");
   printf("thread 1 push complete\n");
   if (arg)
       return((void *)1);
   pthread_cleanup_pop(0);
   pthread_cleanup_pop(0);
return((void*)1);
}
 
void * thr_fn2(void *arg)
{
printf("thread2 start\n");
pthread_cleanup_push(cleanup,"thread 2 first handler");
pthread_cleanup_push(cleanup,"thread 2 second handler");
printf("thread2 push complete\n");
if (arg)
    pthread_exit((void *)2);
pthread_cleanup_pop(0);
pthread_cleanup_pop(0);
pthread_exit((void*)2);
}
 
void err_quit(const char* fmt, ...)
{
printf("%s\n",fmt);
exit(1);
}
 
int main(void)
{
int         err;
pthread_t   tid1, tid2;
void        *tret;
 
err =pthread_create(&tid1, NULL, thr_fn1, (void *)1);
if (err != 0)
err_quit("can‘t create thread 1: %s\n", strerror(err));
  err =pthread_create(&tid2, NULL, thr_fn2, (void *)1);
if (err != 0)
err_quit("can‘t create thread 2: %s\n", strerror(err));
err =pthread_join(tid1, &tret);
if (err != 0)
err_quit("can‘t join with thread 1: %s\n", strerror(err));
printf("thread1 exit code %d\n", (int)tret);
err =pthread_join(tid2, &tret);
if (err != 0)
err_quit("can‘t join with thread 2: %s\n", strerror(err));
printf("thread2 exit code %d\n", (int)tret);
exit(0);
}

运行及输出结果例如以下：

thread 2 start

thread 2 push complete

cleanup: thread 2 second handler

cleanup: thread 2 first handler

thread 1 start

thread 1 push complete

thread 1 exit code 1

thread 2 exit code 2

从输出结果能够看出两个线程都正确的启动和退出了，可是仅仅调用了第二个线程的清理处理程序，所以假设线程是通过从它的启动例程中返回而终止的话，那么它的清理处理程序就不会被调用。还要注意清理程序是依照与它们安装时相反的顺序被调用的。

  线程的分离状态决定一个线程以什么样的方式来终止自己。在默认情况下线程是非分离状态的，这样的情况下。原有的线程等待创建的线程结束。

仅仅有当pthread_join（）函数返回时，创建的线程才算终止，才干释放自己占用的系统资源。

而分离线程不是这样子的，它没有被其它的线程所等待。自己执行结束了。线程也就终止了。立即释放系统资源，对分离状态的线程进行pthread_join的调用能够产生失败。返回EINVAL。pthread_detach调用能够用于使线程进入分离状态。

         #include<pthread.h>

intpthread_detach(pthread_t thread);

返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号。