POSIX 线程库功能接口与知识点汇总

POSIX 线程库功能接口与知识点汇总

—— Linux 平台

cnyinlinux 2016 元月 西安

 

库     :   /lib64/libpthread.so*

头文件 :   pthread.h

 

目  录

第一篇 线程创建与控制

第二篇 线程属性设置

第三篇 线程同步技术

开  篇

本文只是针对POSIX线程库功能接口与知识点的汇总罗列，仅供多线程编程时查阅参考。

 

第一篇 线程创建与控制

 

1.线程标识符pthread_t

此类型定义如下

/usr/include/bits/pthreadtypes.h : typedef unsigned long int pthread_t ;

 

注：线程有两重身份：1).线程身份;   2).子进程身份(各线程也具有pid)

 

2.线程创建

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,

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

返回值：0成功

参数：thread 线程ID变量地址，    attr 线程属性结构地址

      start_routine 线程入口函数，  arg 线程入口函数的参数列表

 

3.线程终止退出函数

void pthread_exit(void *retval);

入参为退出状态码保存地址，一般无视传入NULL

 

4.线程回收函数

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

父线程回收子线程时调用，若子线程未退出则挂起等待。

入参为目标线程的ID和退出状态，若目标线程被取消，则PTHREAD_CANCELED保存在*retval

 

5.线程分离

int pthread_detach(pthread_t thread);

将子线程分离出去，子线程结束后系统自动回收资源

分离后的子线程不可用pthread_join回收(报错返回)

 

6.线程信号发送

int pthread_kill(pthread_t thread, int sig);

注：线程与进程信号原理一样，但影响范围不同。不可采用进程的信号处理方式对待线程

单一线程收到进程级信号，则影响整个进程

 

7.线程取消

int pthread_cancel(pthread_t thread);

取消一个线程即终止它，但不是立即结束，而是到下一个取消点到达时

取消点通常位于系统函数中。

人工取消点：void pthread_testcancel(void);

若线程中不存在具有取消点的函数调用，则人工加入取消点函数即可。

8.线程信号屏蔽字

int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

此用法与进程信号屏蔽字设置函数sigprocmask相似，仅作用范围不同

 

9.线程ID比较函数

int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

判断两个线程ID是否相等

 

10.获取线程自身ID

pthread_t pthread_self(void);

返回值为自线程的ID

 

 

第二篇 线程属性设置

 

1.线程属性结构 pthread_attr_t

线程大多属性都可通过该结构体设置，在创建线程时通过pthread_create的第二个参数使其生效。其定义如下

/usr/include/bits/pthreadtypes.h : typedef union pthread_attr_t pthread_attr_t;

/*------------------------------------------------------------*/

# ifdef __x86_64__

# if __WORDSIZE == 64

#  define __SIZEOF_PTHREAD_ATTR_T 56

# else

#  define __SIZEOF_PTHREAD_ATTR_T 32

# endif

# else

# define __SIZEOF_PTHREAD_ATTR_T 36

# endif

union pthread_attr_t

{

   char __size[__SIZEOF_PTHREAD_ATTR_T];

   long int __align;

};

/*------------------------------------------------------------*/

 

2.初始化/销毁 线程属性结构体

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);                                                

 

3.设置/获取 线程分离属性

int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);

int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate);

线程分离属性值仅有2个可选项

PTHREAD_CREATE_DETACHED    分离

PTHREAD_CREATE_JOINABLE     未分离

 

4.设置/获取 线程栈信息

int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr,

                                 void *stackaddr, size_t stacksize);

int pthread_attr_getstack(pthread_attr_t *attr,

                                 void **stackaddr, size_t *stacksize);

若指定栈空间，栈大小必须不小于PTHREAD_STACK_MIN

还有两组关于栈信息的古老函数，建议弃用：

int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize);    //已过时，弃用

int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize);   //已过时，弃用

int pthread_attr_setstackaddr(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr);   //已过时，弃用

int pthread_attr_getstackaddr(pthread_attr_t *attr, void **stackaddr);  //已过时，弃用

 

5.设置/获取 栈警戒区大小

int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *attr, size_t guardsize);

int pthread_attr_getguardsize(pthread_attr_t *attr, size_t *guardsize);

防止栈溢出而设置的警戒区，应大于0

 

6.设置取消状态

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);

取消状态有2个可选项

PTHREAD_CANCEL_ENABLE    可取消

PTHREAD_CANCEL_DISABLE    不可取消

 

7.设置取消类型

int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);

取消类型有2个可选项

PTHREAD_CANCEL_DEFERRED          取消响应在下次取消点到达时

PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS     取消响应为任意时刻点

 

 

第三篇 线程同步技术

1.线程锁(互斥量)  pthread_mutext_t

定义在/usr/include/bits/pthreadtypes.h 中

/*------------------------------------------------------------*/

typedef union

{

   struct __pthread_mutex_s

   {

     int __lock;

     unsigned int __count;

     int __owner;

#ifdef __x86_64__

     unsigned int __nusers;

#endif

     /* KIND must stay at this position in the structure to maintain

        binary compatibility.  */

     int __kind;

#ifdef __x86_64__

     int __spins;

     __pthread_list_t __list;

# define __PTHREAD_MUTEX_HAVE_PREV 1

#else

     unsigned int __nusers;

     __extension__ union

     {

       int __spins;

       __pthread_slist_t __list;

     };

#endif

   } __data;

   char __size[__SIZEOF_PTHREAD_MUTEX_T];

   long int __align;

} pthread_mutex_t;

/*------------------------------------------------------------*/

 

1-0.互斥量的种类：

A. PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP

B. PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP

C. PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP

D. PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP

E. PTHREAD_MUTEX_FAST_NP

 

 

锁类型	初始化方式	加解锁特征	调度特征
普通锁	PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER	加锁一次 解锁一次	先等待 先获得
嵌套锁	PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP	同一线程可重复加锁，解锁同样次数才可释放	自由竞争
纠错锁	PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP	重复加锁报错，只能由本线程解锁	先等待 先获得
自适应锁	PTHREAD_ADAPTIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP	加锁一次 解锁一次	自由竞争

1-1.锁的初始化/销毁

pthread_mutex_t mutex;

1). 静态方式：mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER ;

2). 动态方式：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,

                                 const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

^锁的种类由attr结构指定

3).锁的销毁 ： int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

 

1-2.锁的属性设置 pthread_mutexattr_t

A.初始化/销毁 锁属性结构

int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);

int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);

 

B.设置/获取 锁属性(种类)

int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int type);

int pthread_mutexattr_gettype(const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict type);

type可选项：

PTHREAD_MUTEX_NORMAL

PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK

PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE

PTHREAD_MUTEX_DEFAULT

PTHREAD_MUTEX_FAST_NP

 

1-3.加锁/解锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutex,

                          const struct timespec *restrict abs_timeout);

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

 

2.自旋锁pthread_spinlock_t

与互斥锁类似，但不释放CPU，适用于短程占用高频抢占式场景

2-0.自旋锁初始化/销毁

int pthread_spin_init(pthread_spinlock_t *lock, int pshared);

int pthread_spin_destroy(pthread_spinlock_t *lock);

注：pshared可选项为：

PTHREAD_PROCESS_PRIVATE

PTHREAD_PROCESS_SHARED

 

2-1.自旋锁加解锁

int pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t *lock);

int pthread_spin_trylock(pthread_spinlock_t *lock);

int pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t *lock);

 

3.读写锁pthread_rwlock_t

用于读多写少场景

3-0.读写锁初始化/销毁

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,

              const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

 

3-1.读写锁属性pthread_rwlockattr_t

初始化/销毁

int pthread_rwlockattr_init(pthread_rwlockattr_t *attr);

int pthread_rwlockattr_destroy(pthread_rwlockattr_t *attr);

设置/获取 属性

int pthread_rwlockattr_setpshared(pthread_rwlockattr_t *attr, int pshared);

int pthread_rwlockattr_getpshared(const pthread_rwlockattr_t *

                                  restrict attr, int *restrict pshared);

pshared可选项为：

PTHREAD_PROCESS_PRIVATE

PTHREAD_PROCESS_SHARED

 

3-2.读写锁加解锁

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);     //读加锁

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);     //写加锁

int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);     //解锁(读/写 通吃)

 

4.条件变量pthread_cond_t

事件触发机制技术，与线程锁协同使用

4-0.条件变量初始化/销毁

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,

                    const pthread_condattr_t *restrict attr);

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

 

4-1.条件变量属性pthread_condattr_t

初始化/销毁

int pthread_condattr_init(pthread_condattr_t *attr);

int pthread_condattr_destroy(pthread_condattr_t *attr);

设置/获取 属性

int pthread_condattr_setpshared(pthread_condattr_t *attr, int pshared);

int pthread_condattr_getpshared(const   pthread_condattr_t  *restrict attr,

                                               int *restrict pshared);

pshared可选项为：

PTHREAD_PROCESS_PRIVATE

PTHREAD_PROCESS_SHARED

 

4-2.等待条件变量

与线程锁协同工作，wait之前应确保线程锁成功加锁，

下述wait函数内部率先解锁而后等待条件变化(挂起)，函数返回前再次加锁。

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 abstime);

使用流程：

/*------------------------------------------------------------*/

pthread_mutex_lock(&mutex);

pthread_cond_wait(&cond,&mutex);  //内部先解锁，而后等条件，最后加锁后返回

pthread_mutex_unlock(&mutex);

/*------------------------------------------------------------*/

 

4-3.唤醒条件挂起线程

当其他线程完成工作释放条件时，唤醒其他线程

但条件变量是互斥使用，只可能有一个线程获得该条件控制权

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);      //只唤醒其中一个线程

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);   //可能会唤醒所有线程，产生惊群现象

<<END>>