pthread线程库使用介绍

        多线程的开发和应用在平时的项目中使用非常频繁。Linux C++中，一般使用pthread库操作线程相关业务，不少公司一般都会基于该线程库的基本接口进行封装，使用起来更加方便易用。本文对该线程库的常用接口和使用方法做个介绍。

一、创建线程前的工作——设置线程属性

1、线程属性结构体的成分

        线程具有属性，属性结构体用pthread_attr_t表示。它的结构如下：

typedef struct
{
    int detachstate;                  //线程的分离状态
    int schedpolicy;                  //线程的调度策略
    structsched_param schedparam;     //线程的调度参数
    int inheritsched;                 //线程的继承性
    int scope;                        //线程的作用域
    size_t guardsize;                 //线程栈末尾的警戒缓冲区大小
    int stackaddr_set;                //线程的栈设置
    void* stackaddr;                  //线程栈的位置
    size_t stacksize;                 //线程栈的大小
}pthread_attr_t;

2、属性初始化接口

        提供的接口：

int pthread_attr_init(pthread_attr* attr);

        使用时，首先要先对这个结构体进行初始化，在使用后需要对其反初始化。

3、属性反初始化接口

        提供的接口：

int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t* attr);

        同上一点的初始化，使用结束后的销毁。

4、设置、获取线程作用域属性scope接口

        提供的接口：

int pthread_attr_setscope(pthread_attr_t*, int);

int pthread_attr_getscope(const pthread_attr_t*, int*);

        作用域属性表示线程间竞争CPU的范围，也就是说线程优先级的有效范围。具体可以选择两个值，PTHREAD_SCOPE_SYSTEM和PTHREAD_SCOPE_PROCESS。前者表示与系统中所有线程一起竞争CPU时间，后者表示仅与同进程中的线程竞争CPU，默认的一般都是PTHREAD_SCOPE_PROCESS。

5、设置、获取线程分离状态属性detachstate接口

        提供的接口：

int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t*, int);

int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t*, int*);

       在任何一个时间点上，线程是可结合的（joinable），或者是可分离的（detached），一个可结合的线程能够被其他线程收回其资源和杀死，在被其他线程回收之前，它的存储器资源（如栈）是不释放的。相反，一个分离的线程是不能被其他线程回收或杀死的，它的存储器资源在它终止时由系统自动释放。默认情况下，线程是非分离状态的。这种情况下，原有的线程等待创建的线程结束，只有当pthread_join()函数返回时，创建的线程才算终止，才能释放自己占用的系统资源。这两种状态的值分别是PTHREAD_CREATE_DETACHED（可分离线程）和PTHREAD_CREATE_JOINABLE（非分离线程），默认是PTHREAD_CREATE_JOINABLE。

6、设置、获取线程调度参数接口

         提供的接口：

int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t* restrict, const struct sched_param* param);

int pthread_attr_getschedparam(pthread_attr_t* restrict, const struct sched_param* param);

        接口中的struct sched_param结构体仅仅包含一个成员变量sched_priority，大的优先权值对应高的优先权，系统支持的最大和最小优先权值可以用sched_get_priority_max和sched_get_priority_min分别得到。但是在一般情况下，若不是写实时程序，不建议修改线程的优先级，因为调度策略是一个复杂的事情，如果不正确使用会导致程序错误，从而导致死锁问题，普通线程一般不用设置。

7、设置、获取线程的调度策略接口

        提供的接口：

int pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t*, int);

int pthread_attr_getschedpolicy(const pthread_attr_t*, int*);

        Linux线程调度策略及优先级说明：

        Linux系统下任务调度策略一般有三种：

        SCHED_OTHER：普通任务调度策略。

        SCHED_FIFO：实时任务调度策略，先到先服务。一旦占用CPU则一直运行，知道有更高优先级任务到达或自己放弃。

        SCHED_RR：实时任务调度策略，时间片轮转。当任务的时间片用完，系统将重新分配时间片，并置于就绪队列尾。普通线程一般设置SCHED_OTHER。

8、设置、获取线程的继承调度

        提供的接口：

int pthread_attr_setinheritsched(pthread_attr_t*. int);

int pthread_attr_getinheritsched(const pthread_attr_t*. int*);

        线程的继承调度主要是设置线程是否继承父线程的调度，也就是说此线程的调度策略及优先级是否继承于父线程。可以选择两个值：PTHREAD_INHERIT_SCHED和PTHREAD_EXPLICIT_SCHED，默认情况下，普通线程是继承于父线程的。设置好属性之后，接下来就是线程的创建了。

二、创建线程

        创建线程接口：

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

        参数说明：

        参数一为指向线程标识符的指针，也就是线程句柄。

        参数二为设置的线程属性，就是上面第一节中通过接口设置的属性结构体。

        参数三为线程运行函数的地址，也就是线程执行体的函数指针。

        参数四为线程运行函数的参数。

        使用该接口创建线程时，若不指定分配堆栈大小，系统会分配默认值。在Linux中，使用ulimit -s可以查看默认值的大小。Linux默认分配8192KB也就是8M内存。一般来说，默认堆栈是8192KB，最小为16KB。如果在创建线程时，出现内存不足问题，则pthread_create会返回错误码12。

        线程创建成功后，设置pthread_detach可以将线程状态更改为detach（分离）状态，正如上面所述，Linux中的线程有两种状态，joinable和detached，分别对应线程结束或退出时，线程创建的栈是否被析构，若为joinable，则不会自动析构，需要手动调用pthread_join()接口进行析构，若是detached，则可以确保资源的释放。线程创建后，调用这个借口将线程设置为detached状态，可以确保资源最终被释放。

int pthread_detach(pthread_t thread);

三、线程阻塞接口

        接口定义：

int pthread_join(pthread_t thread, void** retval);

        这个接口是将子线程合入主线程，主线程阻塞等待子线程结束，然后回收子线程资源。

四、获取线程ID方法

        线程ID的获取可以用gettid方法：

pid_t tid;

tid = syscall(SYS_gettid);

        或者使用pthread_self()接口。但gettid和pthread_self()是有区别的。gettid获取的是内核中的线程ID，pthread_self获取的是POSIX thread ID。但gettid不可移植，只能用在LInux系统下，pthread_self()在Linux下与系统thread是一对一模型，可以认为一个gettid必然对应一个pthread_id，但二者之间不可相互转换。

五、线程休眠

        线程休眠可以使用sleep()（或者usleep()等）或sched_yield()，但是这两个接口也有一些区别。sced_yield()可以使用另一个级别等于或高于当前线程的线程先运行，如果没有符合条件的线程，那么这个函数将会立刻返回然后继续执行当前线程的程序。而sleep则是等待一段时间后再等待CPU的调度，然后去获得CPU资源，在毫秒级别的usleep下，这种情况可能会导致休眠时间不准。

六、线程正常终止的方法

        方法一：return从线程函数返回。

        方法二：通过调用函数pthread_exit使线程退出。

        方法三：线程可以被统一进程中的其他线程取消。

        主线程中，main函数中调用了return或是调用了exit函数，则主线程退出，且整个线程也会终止，此时进程中所有的线程也将终止。

        主线程中调用pthread_exit，则仅仅是主线程结束，进程不会结束。进程内的其它线程也不会结束，直到所有的线程结束，进程才会终止。

        在任何一个线程中调用exit函数都会导致进程结束。进程一旦结束，所有进程中的线程都将结束。

#include 

int pthread_kill(pthread_t thread, int sig);

        这个接口作用是向指定ID的线程发送sig信号，如果线程的代码内不作任何信号处理，则会按照信号的默认行为影响整个进程。假如发送了pthread_kill(threadid, SIGKILL)，则杀死整个进程。

        以上对Linux下常用的pthread线程库做了基本的介绍，也对一些线程机制做了简单的总结。实际使用时，我们可以根据需要调用各自功能的接口实现对多线程的控制。使用该库编译时要加-lpthread。