linux下用C開發(fā)多線程程序，Linux系統(tǒng)下的多線程遵循POSIX線程接口，稱為pthread。

#include <pthread.h> int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void), void *restrict arg);

Returns: 0 if OK, error number on failure

C99 中新增加了 restrict 修飾的指針： 由 restrict 修飾的指針是最初唯一對指針?biāo)赶虻膶ο筮M(jìn)行存取的方法，僅當(dāng)?shù)诙€指針基于第一個時，才能對對象進(jìn)行存取。對對象的存取都限定于基于由 restrict 修飾的指針表達(dá)式中。 由 restrict 修飾的指針主要用于函數(shù)形參，或指向由 malloc() 分配的內(nèi)存空間。restrict 數(shù)據(jù)類型不改變程序的語義。 編譯器能通過作出 restrict 修飾的指針是存取對象的唯一方法的假設(shè)，更好地優(yōu)化某些類型的例程。

第一個參數(shù)為指向線程標(biāo)識符的指針。
第二個參數(shù)用來設(shè)置線程屬性。
第三個參數(shù)是線程運行函數(shù)的起始地址。
最后一個參數(shù)是運行函數(shù)的參數(shù)。

下面這個程序中，我們的函數(shù)thr_fn不需要參數(shù)，所以最后一個參數(shù)設(shè)為空指針。第二個參數(shù)我們也設(shè)為空指針，這樣將生成默認(rèn)屬性的線程。當(dāng)創(chuàng)建線程成功時，函數(shù)返回0，若不為0則說明創(chuàng)建線程失敗，常見的錯誤返回代碼為EAGAIN和EINVAL。前者表示系統(tǒng)限制創(chuàng)建新的線程，例如線程數(shù)目過多了；后者表示第二個參數(shù)代表的線程屬性值非法。創(chuàng)建線程成功后，新創(chuàng)建的線程則運行參數(shù)三和參數(shù)四確定的函數(shù)，原來的線程則繼續(xù)運行下一行代碼。

#include<stdio.h> #include<pthread.h> #include<string.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.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); } int main(){ int err; err = pthread_create(&ntid,NULL,thr_fn,NULL); if(err != 0){ printf("can't create thread: %s\n",strerror(err)); return 1; } printids("main thread:"); sleep(1); return 0; }

把APUE2上的一個程序修改一下，然后編譯。
結(jié)果報錯:
pthread.c:(.text+0x85)：對‘pthread_create’未定義的引用

由于pthread庫不是Linux系統(tǒng)默認(rèn)的庫，連接時需要使用庫libpthread.a,所以在使用pthread_create創(chuàng)建線程時，在編譯中要加-lpthread參數(shù):
gcc -o pthread -lpthread pthread.c

 

 

這是一個關(guān)于Posix線程編程的專欄。作者在闡明概念的基礎(chǔ)上，將向您詳細(xì)講述Posix線程庫API。本文是第一篇將向您講述線程的創(chuàng)建與取消。

 

一、線程創(chuàng)建

 

1．1 線程與進(jìn)程
相對進(jìn)程而言，線程是一個更加接近于執(zhí)行體的概念，它可以與同進(jìn)程中的其他線程共享數(shù)據(jù)，但擁有自己的棧空間，擁有獨立的執(zhí)行序列。在串行程序基礎(chǔ)上引入線程和進(jìn)程是為了提高程序的并發(fā)度，從而提高程序運行效率和響應(yīng)時間。

 

線程和進(jìn)程在使用上各有優(yōu)缺點：線程執(zhí)行開銷小，但不利于資源的管理和保護(hù)；而進(jìn)程正相反。同時，線程適合于在SMP機(jī)器上運行，而進(jìn)程則可以跨機(jī)器遷移。

 

1．2 創(chuàng)建線程
POSIX通過pthread_create()函數(shù)創(chuàng)建線程，API定義如下：

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

與fork()調(diào)用創(chuàng)建一個進(jìn)程的方法不同，pthread_create()創(chuàng)建的線程并不具備與主線程（即調(diào)用pthread_create()的線程）同樣的執(zhí)行序列，而是使其運行start_routine(arg)函數(shù)。thread返回創(chuàng)建的線程ID，而attr是創(chuàng)建線程時設(shè)置的線程屬性（見下）。pthread_create()的返回值表示線程創(chuàng)建是否成功。盡管arg是void *類型的變量，但它同樣可以作為任意類型的參數(shù)傳給start_routine()函數(shù)；同時，start_routine()可以返回一個void *類型的返回值，而這個返回值也可以是其他類型，并由pthread_join()獲取。

1．3 線程創(chuàng)建屬性
pthread_create()中的attr參數(shù)是一個結(jié)構(gòu)指針，結(jié)構(gòu)中的元素分別對應(yīng)著新線程的運行屬性，主要包括以下幾項：

 

__detachstate，表示新線程是否與進(jìn)程中其他線程脫離同步，如果置位則新線程不能用pthread_join()來同步，且在退出時自行釋放所占用的資源。缺省為PTHREAD_CREATE_JOINABLE狀態(tài)。這個屬性也可以在線程創(chuàng)建并運行以后用pthread_detach()來設(shè)置，而一旦設(shè)置為PTHREAD_CREATE_DETACH狀態(tài)（不論是創(chuàng)建時設(shè)置還是運行時設(shè)置）則不能再恢復(fù)到 PTHREAD_CREATE_JOINABLE狀態(tài)。

 

__schedpolicy，表示新線程的調(diào)度策略，主要包括SCHED_OTHER（正常、非實時）、SCHED_RR（實時、輪轉(zhuǎn)法）和 SCHED_FIFO（實時、先入先出）三種，缺省為SCHED_OTHER，后兩種調(diào)度策略僅對超級用戶有效。運行時可以用過 pthread_setschedparam()來改變。

 

__schedparam，一個struct sched_param結(jié)構(gòu)，目前僅有一個sched_priority整型變量表示線程的運行優(yōu)先級。這個參數(shù)僅當(dāng)調(diào)度策略為實時（即SCHED_RR 或SCHED_FIFO）時才有效，并可以在運行時通過pthread_setschedparam()函數(shù)來改變，缺省為0。

 

__inheritsched，有兩種值可供選擇：PTHREAD_EXPLICIT_SCHED和PTHREAD_INHERIT_SCHED，前者表示新線程使用顯式指定調(diào)度策略和調(diào)度參數(shù)（即attr中的值），而后者表示繼承調(diào)用者線程的值。缺省為PTHREAD_EXPLICIT_SCHED。

 

__scope，表示線程間競爭CPU的范圍，也就是說線程優(yōu)先級的有效范圍。POSIX的標(biāo)準(zhǔn)中定義了兩個值： PTHREAD_SCOPE_SYSTEM和PTHREAD_SCOPE_PROCESS，前者表示與系統(tǒng)中所有線程一起競爭CPU時間，后者表示僅與同進(jìn)程中的線程競爭CPU。目前LinuxThreads僅實現(xiàn)了PTHREAD_SCOPE_SYSTEM一值。

 

pthread_attr_t結(jié)構(gòu)中還有一些值，但不使用pthread_create()來設(shè)置。

 

為了設(shè)置這些屬性，POSIX定義了一系列屬性設(shè)置函數(shù)，包括pthread_attr_init()、pthread_attr_destroy()和與各個屬性相關(guān)的pthread_attr_get---/pthread_attr_set---函數(shù)。

 

1．4 線程創(chuàng)建的Linux實現(xiàn)
我們知道，Linux的線程實現(xiàn)是在核外進(jìn)行的，核內(nèi)提供的是創(chuàng)建進(jìn)程的接口do_fork()。內(nèi)核提供了兩個系統(tǒng)調(diào)用__clone()和fork ()，最終都用不同的參數(shù)調(diào)用do_fork()核內(nèi)API。當(dāng)然，要想實現(xiàn)線程，沒有核心對多進(jìn)程（其實是輕量級進(jìn)程）共享數(shù)據(jù)段的支持是不行的，因此，do_fork()提供了很多參數(shù)，包括CLONE_VM（共享內(nèi)存空間）、CLONE_FS（共享文件系統(tǒng)信息）、CLONE_FILES（共享文件描述符表）、CLONE_SIGHAND（共享信號句柄表）和CLONE_PID（共享進(jìn)程ID，僅對核內(nèi)進(jìn)程，即0號進(jìn)程有效）。當(dāng)使用fork系統(tǒng)調(diào)用時，內(nèi)核調(diào)用do_fork()不使用任何共享屬性，進(jìn)程擁有獨立的運行環(huán)境，而使用pthread_create()來創(chuàng)建線程時,則最終設(shè)置了所有這些屬性來調(diào)用__clone()，而這些參數(shù)又全部傳給核內(nèi)的do_fork()，從而創(chuàng)建的"進(jìn)程"擁有共享的運行環(huán)境，只有棧是獨立的，由 __clone()傳入。

 

Linux線程在核內(nèi)是以輕量級進(jìn)程的形式存在的，擁有獨立的進(jìn)程表項，而所有的創(chuàng)建、同步、刪除等操作都在核外pthread庫中進(jìn)行。pthread 庫使用一個管理線程（__pthread_manager()，每個進(jìn)程獨立且唯一）來管理線程的創(chuàng)建和終止，為線程分配線程ID，發(fā)送線程相關(guān)的信號（比如Cancel），而主線程（pthread_create()）的調(diào)用者則通過管道將請求信息傳給管理線程。

 

二、線程取消

 

2．1 線程取消的定義
一般情況下，線程在其主體函數(shù)退出的時候會自動終止，但同時也可以因為接收到另一個線程發(fā)來的終止（取消）請求而強制終止。

 

2．2 線程取消的語義
線程取消的方法是向目標(biāo)線程發(fā)Cancel信號，但如何處理Cancel信號則由目標(biāo)線程自己決定，或者忽略、或者立即終止、或者繼續(xù)運行至Cancelation-point（取消點），由不同的Cancelation狀態(tài)決定。

 

線程接收到CANCEL信號的缺省處理（即pthread_create()創(chuàng)建線程的缺省狀態(tài)）是繼續(xù)運行至取消點，也就是說設(shè)置一個CANCELED狀態(tài)，線程繼續(xù)運行，只有運行至Cancelation-point的時候才會退出。

 

2．3 取消點
根據(jù)POSIX標(biāo)準(zhǔn)，pthread_join()、pthread_testcancel()、pthread_cond_wait()、 pthread_cond_timedwait()、sem_wait()、sigwait()等函數(shù)以及read()、write()等會引起阻塞的系統(tǒng)調(diào)用都是Cancelation-point，而其他pthread函數(shù)都不會引起Cancelation動作。但是pthread_cancel的手冊頁聲稱，由于LinuxThread庫與C庫結(jié)合得不好，因而目前C庫函數(shù)都不是Cancelation-point；但CANCEL信號會使線程從阻塞的系統(tǒng)調(diào)用中退出，并置EINTR錯誤碼，因此可以在需要作為Cancelation-point的系統(tǒng)調(diào)用前后調(diào)用 pthread_testcancel()，從而達(dá)到POSIX標(biāo)準(zhǔn)所要求的目標(biāo)，即如下代碼段：

pthread_testcancel();      retcode = read(fd, buffer, length);      pthread_testcancel();

2．4 程序設(shè)計方面的考慮
如果線程處于無限循環(huán)中，且循環(huán)體內(nèi)沒有執(zhí)行至取消點的必然路徑，則線程無法由外部其他線程的取消請求而終止。因此在這樣的循環(huán)體的必經(jīng)路徑上應(yīng)該加入pthread_testcancel()調(diào)用。

 

2．5 與線程取消相關(guān)的pthread函數(shù)
int pthread_cancel(pthread_t thread)
發(fā)送終止信號給thread線程，如果成功則返回0，否則為非0值。發(fā)送成功并不意味著thread會終止。

 

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate)
設(shè)置本線程對Cancel信號的反應(yīng)，state有兩種值：PTHREAD_CANCEL_ENABLE（缺省）和 PTHREAD_CANCEL_DISABLE，分別表示收到信號后設(shè)為CANCLED狀態(tài)和忽略CANCEL信號繼續(xù)運行；old_state如果不為 NULL則存入原來的Cancel狀態(tài)以便恢復(fù)。

 

int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype)
設(shè)置本線程取消動作的執(zhí)行時機(jī)，type由兩種取值：PTHREAD_CANCEL_DEFFERED和 PTHREAD_CANCEL_ASYCHRONOUS，僅當(dāng)Cancel狀態(tài)為Enable時有效，分別表示收到信號后繼續(xù)運行至下一個取消點再退出和立即執(zhí)行取消動作（退出）；oldtype如果不為NULL則存入運來的取消動作類型值。

 

void pthread_testcancel(void)
檢查本線程是否處于Canceld狀態(tài)，如果是，則進(jìn)行取消動作，否則直接返回。