使用POSIX pthread库进行多线程编程

先请看一下这个链接 http://blog.csdn.net/benny_cen/archive/2009/03/08/3968765.aspx

紧跟有几个链接都是关于 POSIX 的多线程介绍。

 

 

 

 

 

 

http://blog.csdn.net/hwz119/archive/2007/06/14/1651552.aspx

 

11 Threads
1 Introduction
不用介绍了吧…
2 Thread Concepts
1.     Thread由下面部分组成：
a.     Thread ID
b.     Stack
c.     Policy
d.     Signal mask
e.     Errno
f.      Thread-Specific Data
3 Thread Identification
1.     pthread_t用于表示Thread ID，具体内容根据实现的不同而不同，有可能是一个Structure，因此不能将其看作为整数
2.     pthread_equal函数用于比较两个pthread_t是否相等
#include <pthread.h>
 
int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2)
 

3.     pthread_self函数用于获得本线程的thread id
#include <pthread.h>
 
pthread _t pthread_self(void);
 

 
4 Thread Creation
1.     创建线程可以调用pthread_create函数：
#include <pthread.h>
 
int pthread_create(
       pthread_t *restrict tidp,
       const pthread_attr_t *restrict attr,
       void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg);
 

a.     pthread_t *restrict tidp：返回最后创建出来的Thread的Thread ID
b.     const pthread_attr_t *restrict attr：指定线程的Attributes，后面会讲道，现在可以用NULL
c.     void *(*start_rtn)(void *)：指定线程函数指针，该函数返回一个void *，参数也为void*
d.     void *restrict arg：传入给线程函数的参数
e.     返回错误值。
2.     pthread函数在出错的时候不会设置errno，而是直接返回错误值
3.     在Linux系统下面，在老的内核中，由于Thread也被看作是一种特殊，可共享地址空间和资源的Process，因此在同一个Process中创建的不同Thread具有不同的Process ID（调用getpid获得）。而在新的2.6内核之中，Linux采用了NPTL(Native POSIX Thread Library)线程模型（可以参考http://en.wikipedia.org/wiki/Native_POSIX_Thread_Library和http://www-128.ibm.com/developerworks/linux/library/l-threading.html?ca=dgr-lnxw07LinuxThreadsAndNPTL），在该线程模型下同一进程下不同线程调用getpid返回同一个PID。
4.     不能对创建的新线程和当前创建者线程的运行顺序作出任何假设
5 Thread Termination
1.     exit, _Exit, _exit用于中止当前进程，而非线程
2.     中止线程可以有三种方式：
a.     在线程函数中return
b.     被同一进程中的另外的线程Cancel掉
c.     线程调用pthread_exit函数
3.     pthread_exit和pthread_join函数的用法：
a.     线程A调用pthread_join(B, &rval_ptr)，被Block，进入Detached状态（如果已经进入Detached状态，则pthread_join函数返回EINVAL）。如果对B的结束代码不感兴趣，rval_ptr可以传NULL。
b.     线程B调用pthread_exit(rval_ptr)，退出线程B，结束代码为rval_ptr。注意rval_ptr指向的内存的生命周期，不应该指向B的Stack中的数据。
c.     线程A恢复运行，pthread_join函数调用结束，线程B的结束代码被保存到rval_ptr参数中去。如果线程B被Cancel，那么rval_ptr的值就是PTHREAD_CANCELLED。
两个函数原型如下：
#include <pthread.h>
 
void pthread_exit(void *rval_ptr);
 
int pthread_join(pthread_t thread, void **rval_ptr);
 

4.     一个Thread可以要求另外一个Thread被Cancel，通过调用pthread_cancel函数：
#include <pthread.h>
 
void pthread_cancel(pthread_t tid)
 

该函数会使指定线程如同调用了pthread_exit(PTHREAD_CANCELLED)。不过，指定线程可以选择忽略或者进行自己的处理，在后面会讲到。此外，该函数不会导致Block，只是发送Cancel这个请求。
5.     线程可以安排在它退出的时候，某些函数自动被调用，类似atexit()函数。需要调用如下函数：
#include <pthread.h>
 
void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void *), void *arg);
void pthread_cleanup_pop(int execute);
 

这两个函数维护一个函数指针的Stack，可以把函数指针和函数参数值push/pop。执行的顺序则是从栈顶到栈底，也就是和push的顺序相反。
在下面情况下pthread_cleanup_push所指定的thread cleanup handlers会被调用：
a.     调用pthread_exit
b.     相应cancel请求
c.     以非0参数调用pthread_cleanup_pop()。（如果以0调用pthread_cleanup_pop()，那么handler不会被调用
有一个比较怪异的要求是，由于这两个函数可能由宏的方式来实现，因此这两个函数的调用必须得是在同一个Scope之中，并且配对，因为在pthread_cleanup_push的实现中可能有一个{，而pthread_cleanup_pop可能有一个}。因此，一般情况下，这两个函数是用于处理意外情况用的，举例如下：
void *thread_func(void *arg)
{
    pthread_cleanup_push(cleanup, “handler”)
 
    // do something
 
    Pthread_cleanup_pop(0);
    return((void *)0)；
}
 

 
6.     进程函数和线程函数的相关性：
Process Primitive
 Thread Primitive
 Description
 
fork
 pthread_create
 创建新的控制流
 
exit
 pthread_exit
 退出已有的控制流
 
waitpid
 pthread_join
 等待控制流并获得结束代码
 
atexit
 pthread_cleanup_push
 注册在控制流退出时候被调用的函数
 
getpid
 pthread_self
 获得控制流的id
 
abort
 pthread_cancel
 请求非正常退出
 

7.     缺省情况下，一个线程A的结束状态被保存下来直到pthread_join为该线程被调用过，也就是说即使线程A已经结束，只要没有线程B调用pthread_join(A)，A的退出状态则一直被保存。而当线程处于Detached状态之时，党线程退出的时候，其资源可以立刻被回收，那么这个退出状态也丢失了。在这个状态下，无法为该线程调用pthread_join函数。我们可以通过调用pthread_detach函数来使指定线程进入Detach状态：
#include <pthread.h>
 
int pthread_detach(pthread_t tid);
 

通过修改调用pthread_create函数的attr参数，我们可以指定一个线程在创建之后立刻就进入Detached状态
6 Thread Synchronization1.     互斥量：Mutex
a.     用于互斥访问
b.     类型：pthread_mutex_t，必须被初始化为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER（用于静态分配的mutex，等价于pthread_mutex_init(…, NULL)）或者调用pthread_mutex_init。Mutex也应该用pthread_mutex_destroy来销毁。这两个函数原型如下：（attr的具体含义下一章讨论）
#include <pthread.h>
 
int pthread_mutex_init(
       pthread_mutex_t *restrict mutex,
       const pthread_mutexattr_t *restrict attr)
 
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
 

c.     pthread_mutex_lock用于Lock Mutex，如果Mutex已经被Lock，该函数调用会Block直到Mutex被Unlock，然后该函数会Lock Mutex并返回。pthread_mutex_trylock类似，只是当Mutex被Lock的时候不会Block，而是返回一个错误值EBUSY。pthread_mutex_unlock则是unlock一个mutex。这三个函数原型如下：
#include <pthread.h>
 
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
 
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
 
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
 

 
2.     读写锁：Reader-Writer Locks
a.     多个线程可以同时获得读锁(Reader-Writer lock in read mode)，但是只有一个线程能够获得写锁(Reader-writer lock in write mode)
b.     读写锁有三种状态
                                          i.    一个或者多个线程获得读锁，其他线程无法获得写锁
                                         ii.    一个线程获得写锁，其他线程无法获得读锁
                                        iii.    没有线程获得此读写锁
c.     类型为pthread_rwlock_t
d.     创建和关闭方法如下：
#include <pthread.h>
 
int pthread_rwlock_init(
       pthread_rwlock_t *restrict rwlock,
       const pthread_rwlockattr_t *restrict attr)
 
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
 

e.     获得读写锁的方法如下：
#include <pthread.h>
 
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
 
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
 
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
 
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
 
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
 

 
pthread_rwlock_rdlock：获得读锁
pthread_rwlock_wrlock：获得写锁
pthread_rwlock_unlock：释放锁，不管是读锁还是写锁都是调用此函数
注意具体实现可能对同时获得读锁的线程个数有限制，所以在调用pthread_rwlock_rdlock的时候需要检查错误值，而另外两个pthread_rwlock_wrlock和pthread_rwlock_unlock则一般不用检查，如果我们代码写的正确的话。
3.     Conditional Variable：条件
a.     条件必须被Mutex保护起来
b.     类型为：pthread_cond_t，必须被初始化为PTHREAD_COND_INITIALIZER（用于静态分配的条件，等价于pthread_cond_init(…, NULL)）或者调用pthread_cond_init
#include <pthread.h>
 
int pthread_cond_init(
       pthread_cond_t *restrict cond,
       const pthread_condxattr_t *restrict attr)
 
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
 

 
c.     pthread_cond_wait函数用于等待条件发生（=true）。pthread_cond_timedwait类似，只是当等待超时的时候返回一个错误值ETIMEDOUT。超时的时间用timespec结构指定。此外，两个函数都需要传入一个Mutex用于保护条件
#include <pthread.h>
 
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 timeout);
 

 
d.     timespec结构定义如下：
struct timespec {
       time_t tv_sec;       /* seconds */
       long   tv_nsec;      /* nanoseconds */
};
 

注意timespec的时间是绝对时间而非相对时间，因此需要先调用gettimeofday函数获得当前时间，再转换成timespec结构，加上偏移量。
e.     有两个函数用于通知线程条件被满足（=true）：
#include <pthread.h>
 
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
 
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
 

两者的区别是前者会唤醒单个线程，而后者会唤醒多个线程。