使用pthread库进行多线程编程2 - UNIX高级环境编程第12章读书笔记
12 Thread Control
1 Thread Limits
用sysconf函数可以获得和thread相关的一些系统信息，主要是线程相关的一些最大值：
| NAME |
Description |
Argument |
| PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS |
最大尝试销毁线程相关数据(Thread Specific Data)的次数，见下面关于Thread-Specific Data的内容 |
_SC_THREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS |
| PTHREAD_KEYS_MAX |
一个进程所能够创建的最大键数 |
_SC_THREAD_KEYS_MAX |
| PTHREAD_STACK_MIN |
线程栈的最小值 |
_SC_THREAD_STACK_MIN |
| PTHREAD_THREADS_MAX |
单个进程中的线程个数最大值 |
_SC_THREAD_THREADS_MAX |
部分概念在后面会提到。
虽然标准定义了这些常量，不过在很多系统上面可能根本就没有定义对应的Argument（如_SC_THREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS可能未定义），或者sysconf函数返回错误。因此在很多时候这些很难派上用场。
2 Thread Attributes
在前面讲到pthread_create等函数的时候，这些函数有一个参数pthread_attr_t。缺省情况下可以传NULL。但是如果想自己定义线程的相关属性的话，应该调用pthread_attr_init函数来定义：
| #include <pthread.h>
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
返回0表示正常，出错时返回错误值 |
pthread_attr_init函数负责初始化pthread_attr_t结构为缺省值。pthread_attr_destroy负责释放在pthread_attr_init函数调用时分配的内存，同时将pthread_attr的内容置为非法。如果要修改属性，需要调用其他函数来手动设置。
基本的线程属性如下：
| Name |
Description |
| detachstate |
detached状态，在前一章中有讲述 |
| guardsize |
线程栈底部的Guard缓冲区的大小 |
| stackadddr |
线程栈的最低地址 |
| stacksize |
线程栈的大小 |
1. Detached State：一个线程如果出于Detached状态，说明此线程在退出的时候可以立刻释放其资源和对应的结束代码，从而无法使用pthread_join。可以用pthread_attr_setdetachedstate函数来设置Detach状态。传入PTHREAD_CREATE_DETACHED可以让线程启动的时候就处于Detached状态，而传入PTHREAD_CREATE_JOINABLE则是以通常状态启动线程
| #include <pthread.h>
int pthread_attr_getdetachedstate(const pthread_attr_t *restrict attr, int *detachstate);
int pthread_attr_setdetachedstate(pthread_attr_t *restrict attr, int detachstate);
返回0表示正常，出错时返回错误值 |
2. GuardSize：在线程栈的末尾有一个比较小的内存区域，这个内存区域是保护起来的，一旦栈发生overflow，系统立刻就会知道，发送一个Signal（Windows也有类似的功能，只不过是用于自动增长栈的大小）。缺省情况下这个大小正好是一个页=PAGESIZE。甚至可以用函数将该数值设置为0来禁止这个功能。如果我们修改了栈地址的话，系统会认为我们会自己处理Overflow的问题，因此也不会提供这个功能。调用pthread_attr_get_guardsize & pthread_attr_set_guardsize可以获得/设置这个值：
| #include <pthread.h>
int pthread_attr_getguardsize(const pthread_attr_t *restrict attr, size_t *restrict guardsize);
int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *restrict attr, size_t guardsize);
返回0表示正常，出错时返回错误值 |
3. StackSize：线程可以自己设置栈的大小，用pthread_attr_getstacksize和pthread_attr_setstacksize：
| #include <pthread.h>
int pthread_attr_getguardsize(const pthread_attr_t *restrict attr, size_t *restrict stacksize);
int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *restrict attr, size_t stacksize);
返回0表示正常，出错时返回错误值 |
4. StackAddr：当进程中线程过多的时候，有可能会栈空间不足。一个方案是用malloc或者nmap来分配新的内存，作为一个另外的栈，供线程使用。可以调用pthread_attr_setstack和pthread_attr_getstack来获得/设置：
| #include <pthread.h>
int pthread_attr_getstack(const pthread_attr_t *restrict attr, void **restrict stackaddr, size_t *restrict stacksize);
int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *restrict attr, void *stackaddr, size_t *stacksize)
返回0表示正常，出错时返回错误值 |
除此之外，还有其他一些线程属性：
1. Cancellability State
2. Cancellability Type
3. Concurrency Level
1和2会在第6节中讲述。
Concurrency Level定义了用户模式线程和内核线程/进程之间的对应关系。如果具体操作系统实现是按照1对1，也就是一个用户模式线程对应一个内核模式线程的话，那么修改这个值没有作用。但是如果操作系统实现用少量内核模式线程/进程来模拟用户模式线程的话，那么修改这个值可能会提高或者降低程序和系统的性能。Level值并没有具体的意义，只是一个hint。Level=0表示让系统自动选择。函数原型如下：
| #include <pthread.h>
int pthread_attr_getconcurrency(void);
int pthread_attr_setconcurrency(int level);
返回0表示正常，出错时返回错误值 |
注意这个属性不是和具体线程相关的，而是系统级别的。
3 Synchronization Attributes
同步对象也有他们自己的Attributes。
3.1 Mutex Attributes
Mutex的属性类型为pthread_mutexattr_t。可以用pthread_mutexattr_init和pthread_mutexattr_destroy来创建和释放Mutex Attributes。类似的，pthread_mutexattr_init函数会将结构初始化为缺省值。
| #include <pthread.h>
int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);
返回0表示正常，出错时返回错误值 |
Mutex的属性有：
1. Process-Shared：指定Mutex是否为多个进程所共享。缺省值是PTHREAD_PROCESS_PRIVATE，即只有创建者进程才可以访问此Mutex。也可以设置为PTHREAD_PROCESS_SHARED，在多个进程之间共享。
| #include <pthread.h>
int pthread_mutexattr_getpshared(const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict pshared);
int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared);
返回0表示正常，出错时返回错误值 |
2. Type：指定Mutex的类型。Mutex有下列类型：
| Type |
未释放锁的情况获得锁 |
未获得锁情况下释放锁 |
已释放锁的情况下再次释放 |
Description |
| PTHREAD_MUTEX_NORMAL |
死锁 |
未定义 |
未定义 |
一般的Mutex |
| PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK |
出错 |
出错 |
出错 |
加强错误检查 |
| PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE |
允许 |
出错 |
出错 |
允许单个线程获得锁多次，需要多次释放，但是不能超过获得锁的次数。一般用来处理可重入的函数，见下面一章 |
| PTHREAD_MUTEX_DEFAULT |
未定义 |
未定义 |
未定义 |
完全没有错误检查 |
通过调用pthread_mutexattr_gettype & pthread_mutexattr_settype来获得/设置对应的type：
| #include <pthread.h>
int pthread_mutexattr_gettype(const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict type);
int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int type);
返回0表示正常，出错时返回错误值 |
3.2 Reader-Writer Lock Attributes
类似Mutex Attributes，但是只支持Process Shared属性。
3.3 Condition Variable Attributes
类似Mutex Attributes，但是只支持Process Shared属性。
4 Reentrancy
1. 大部分Single UNIX Specification所定义的函数都是线程安全的，但是也有不少例外。实际使用的时候建议参考文档，确定函数是否是线程安全。
2. 文件支持用ftrylockfile, flockfile, funlockfile来锁定文件访问。标准IO函数被要求必须调用在内部实现中调用flockfile, funlockfile。基于字符的部分IO函数具有非线程安全版本，以_unlocked结尾，如：getchar_unlocked, getc_unlocked, putchar_unlocked, putc_unlocked
3. 书中提供了一个可重入的getenv_r实现。要点是：
a. 用到了Recursive Mutex（使用pthread_mutexattr_settype函数调用设置）来保护自己和其他线程冲突（普通的Mutex就可以做到），同时允许重入（必须用Recursive Mutex）
b. 要求调用者提供自己的buffer，而不是用静态全局变量envbuf来访问结果
c. 使用pthread_once函数保证只调用一个初始化函数一遍，用于初始化Mutex（当然用其他方法也可以）
5 Thread-Specific Data
1. Thread-Specific Data是一种很方便的将数据和线程联系起来的方法，在C Runtime中也大量用到Thread-Specific Data来维护线程相关的数据，一个典型的例子是errno：实际上errno是一个函数调用，返回和线程相关的错误值。Windows中有类似的机制，称为TLS (Thread Local Storage)
2. 访问Thread-Specific Data需要使用Key。不同线程使用同一个key访问同一类型的数据（比如Errno），但是可以存放不同的值。Key的类型为pthread_key_t
3. 用pthread_key_create函数创建key：
| #include <pthread.h>
int pthread_key_create(pthread_key_t *keyp, void (*destructor)(void *))
返回0表示正常，出错时返回错误值 |
创建好之后key对应的Thread-Specific Data为NULL。
Destructor函数指针指定当pthread_key_t被删除的时候需要自动调用的函数，可以传NULL。参数值为TSD的具体值，必然非NULL。在线程正常退出时候，如return或者pthread_exit，当数据值为非NULL时候会调用。但是当线程非正常退出，如调用exit, _exit, _Exit, abort或者其他非正常退出的时候，destructor不会被调用。一般情况下，这个destructor用来销毁用户用malloc为Thread-Specific Data分配的空间。注意：一般不应该用destructor来调用pthread_key_delete，因为delete对于一个key只用调一次，而destructor是对每个线程都调用的，前提是线程正常退出并且TSD不为NULL。
Key的总数量可能会有限制。可以用PTHREAD_KEYS_MAX来查询最大值。
因为调用Destructor的时候这个Destructor可能又会创建新的Key，所以当线程退出的时候，调用Destructor的过程会反复继续直到没有key具有非NULL值或者次数到达最大值PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS为止。这个值可以用sysconf获得。
4. 用pthread_key_delete函数删除key：
| #include <pthread.h>
int pthread_key_delete(pthread_key_t *keyp)
返回0表示正常，出错时返回错误值 |
注意，调用此函数不会导致Destructor被调用！
5. 可以用pthread_once函数保证某个函数只被调一次，用法如下：
| padding-right: 5.4pt; padding-left: 5.4pt; border-left-color: #e0dfe3; border-bottom-color: #e0dfe3; padding-bottom: 0in; width: 621pt; border-
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