UNIX环境高级编程——线程

来源:互联网 发布:小型出租屋网络方案 编辑:IT博客网 时间:2019/10/15 18:51

 
线程包含了表示进程内执行环境必需的信息,其中包括进程中标示线程的线程ID、一组寄存器值、栈、调度优先级和策略、信号屏蔽字、errno变量以及线程私有数据。

进程的所有信息对该进程的所有线程都是共享的,包括可执行的程序文本、程序的全局内存和堆内存、栈以及文件描述符。

线程标识:进程ID在整个系统中是唯一的,但线程ID不同,线程ID只在它所属的进程环境中有效。进程ID的数据结构为pid_t,线程ID的数据结构为pthread_t。


比较两个线程ID是否相等:

#include <pthread.h>int pthread_equal(pthread_t tid1,pthread_t tid2);//返回值:若相等返回非0值,否则返回0


线程可以通过调用pthread_self函数获取自身的线程ID:

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void); 
//返回值:调用线程的线程ID


线程的创建:

#include <pthread.h>int pthread_create(pthread_t *tidp,const pthread_attr_t *attr,void *(*start_rtn)(void *),void * arg);//返回值:若成功则返回0,否则返回错误编号

当pthread_create成功返回时,由tidp指向的内存单元被设置为新创建线程的线程ID。attr参数用于定制各种不同的线程属性。
若设置为NULL,表示创建默认属性的线程。
 
新创建的线程从start_rtn函数的地址开始运行,该函数只有一个无类型指针参数的arg,如果需要向start_rtn函数传递的参数不止一个,那么需要把这些参数放到一个结构中,然后把这个结构的地址作为arg参数传入。
线程创建时并不能保证哪个线程会先运行:是新创建的线程还是调用线程。新创建的线程可以访问进程地址空间,并且继承调用线程的浮点环境和信号屏蔽字,但是该线程的未决信号集被清除。
每个线程都提供了errno的副本。

注意: pthread_create不是等待start_rtn函数运行完成后才返回的。一般情况下是pthread_create函数先返回,不过有时候start_rtn函数先运行完成后,pthread_create才返回。它们之间没有先后顺序。


示例代码:

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>#include <unistd.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 pthread_t = %u\n",s,(unsigned int)pid, (unsigned int)tid);}
void* thr_fn(void * arg){    printids("new pthread: ");    return NULL;}
int main(int argc,char **argv){    int err;    err = pthread_create(&ntid,NULL,thr_fn,NULL);    if ( err != 0 )      perror("pthread_create");
    printids("main thread: ");    sleep(1);    exit(0);}
运行结果:huangcheng@ubuntu:~$ ./a.outnew pthread ID = 3077581680main thread:  pid = 2458 pthread_t = 3077584576new pthread:  pid = 2458 pthread_t = 3077581680
 注意在本例里,主线程把新线程ID存放在ntid中,但是新建的线程并不能安全的使用它,如果新线程在主线程调用pthread_create返回之前就运行了,那么新线程看到的是未经初始化的ntid的内容,这个内容并不是正确的线程ID。


 

线程终止:

如果进程中的任一线程调用了exit、_Exit或者_exit,那么整个进程就会终止。与此类似,如果信号的默认动作是终止进程,那么把该信号发送到线程会终止整个进程。


单个线程可以通过下列三种方式退出,在不终止整个进程的情况下停止它的控制流:

线程只是从启动历程中返回,返回值是线程的退出码。
线程可以被同一进程中的其他线程取消。
线程调用pthread_exit.

注意:主线程调用pthread_exit也不会导致整个进程结束,其子线程还是继续运行。

#include <pthread.h>void pthread_exit(void* rval_ptr);
//rval_ptr是一个无类型的指针。进程中的其他线程可以通过调用pthread_join函数返回到这个指针。
#include <pthread.h>int pthread_join(pthread_t thread,void **rval_ptr);//返回值:若成功则返回0 ,否则返回错误编号
调用线程将一直阻塞,直到指定的线程调用pthread_exit、从启动例程中返回或者被取消。
如果线程只是从它的启动例程返回,rval_ptr将包含返回码。如果线程被取消,由rval_ptr指定的内存单元就置为PTHREAD_CANCELED。可以通过调用pthread_join自动把线程置于分离状态,这样资源就可以恢复。
如果线程已经处于分离状态,pthread_join调用就会失败,返回EINVAL。

线程可以通过调用pthread_cancel函数来请求取消同一进程中的其他线程:

#include <pthread.h>int pthread_cancel(pthread_t tif); // 返回值:若成功则返回0,否则返回错误编号//注意:pthread_cancel并不等待线程终止,它仅仅提出请求。
在默认情况下,pthread_cancel函数会使得由tid标识的线程的行为表现为如同调用了参数为PTHREAD_CANCEL的pthread_exit函数,但是线程可以选择忽略取消方式或是控制取消方式。

清理函数:

#include <pthread.h>void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void*),void *arg);void pthread_cleanup_pop(int execute);//线程可以安排它退出时需要调用的函数,这与进程可以用atexit函数安排进程退出需要调用的函数时类似的。

这样的函数称为线程清理函数处理程序。线程可以建立多个清理处理程序。处理程序记录在栈中的,也就是说它们的执行顺序与它们注册时的顺序相反。

 pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()采用先入后出的栈结构管理,void routine(void *arg)函数在调用pthread_cleanup_push()时压入清理函数栈,多次对pthread_cleanup_push() 的调用将在清理函数栈中形成一个函数链;

从pthread_cleanup_push的调用点到pthread_cleanup_pop之间的程序段中的终止动作(包括调用pthread_exit()和异常终止,不包括return)都将执行pthread_cleanup_push()所指定的清理函数。


pthread_cleanup_push()函数执行压栈清理函数的操作,而pthread_cleanup_pop()函数执行从栈中删除清理函数的操作。

 注意pthread_cleanup_pop不管参数是零还是非零,都会从栈顶删除一个清理函数。
 在下面三种情况下,pthread_cleanup_push()压栈的“清理函数”会被调用,调用参数为arg,清理函数rtn的调用顺序是由pthread_cleanup_push函数来安排的。:

线程调用pthread_exit()函数, 而不是直接return.
响应取消请求时,也就是有其它的线程对该线程调用pthread_cancel()函数。
本线程调用pthread_cleanup_pop()函数,并且其参数非0.

如果execute参数置为0,清理函数将不被调用。无论哪种情况即不管pthread_cleanup_pop的参数时零还是非零,pthread_cleanup_pop都将删除上次pthread_cleanup_push调用建立的清理处理程序,即删除清理函数链的栈顶。


pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()是以宏方式实现的,这是pthread.h中的宏定义:

#define pthread_cleanup_push(routine,arg) \{struct _pthread_cleanup_buffer _buffer; \_pthread_cleanup_push (&_buffer, (routine), (arg));#define pthread_cleanup_pop(execute) \_pthread_cleanup_pop (&_buffer, (execute)); \}可见pthread_cleanup_push()带有一个"{",而pthread_cleanup_pop()带有一个"}", 因此这两个函数必须成对出现,且必须位于程序的同一级别的代码段中才能通过编译。注意:pthread_exit终止线程与线程直接return终止线程的区别。pthread_cleanup_push()函数与pthread_cleanup_pop()函数必须成对的出现在同一个函数中。

示例代码:
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>  
void cleanup(void *arg)
{
printf("cleanup: %s\n", (char*) arg);
}
 
void *thr_fn1(void *arg)
{
     printf("thread 1 start\n");
     pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 1-1  handler");
     pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 1-2  handler");
     printf("thread 1 push complete\n");
 
     if (arg)
         pthread_exit((void*) 1);
     pthread_cleanup_pop(0);
     pthread_cleanup_pop(1);
 
     return((void*) 10);
}
 
void *thr_fn2(void *arg)
{
     printf("thread 2 start\n");
     pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 2-1  handler");
     pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 2-2  handler");
     printf("thread 2 push complete\n");
 
     pthread_cleanup_pop(0);
     // if (arg)
     //         return ((void*) 2);
 
     pthread_cleanup_pop(1);
     //pthread_exit((void*) 20);
      return ((void*) 20);
}
 
int main(void)
{
      int             err;
      pthread_t       tid1, tid2;
      void            *tret;
 
      err = pthread_create(&tid1, NULL, thr_fn1, (void*)1);
      if (err)
          fprintf(stderr, "can't create thread 1: %d\n", strerror(errno));       
 
      err = pthread_create(&tid2, NULL, thr_fn2, (void*)1);
      if (err)
          fprintf(stderr, "can't create thread 2: %d\n", strerror(errno));       
 
      err = pthread_join(tid1, &tret);
      if (err)
          fprintf(stderr, "can't join with thread 1: %d\n", strerror(errno));    
      printf("thread 1 exit code %lu\n", (unsigned long) tret);
 
      err = pthread_join(tid2, &tret);
      if (err)
           fprintf(stderr, "can't join with thread 2: %d\n", strerror(errno));    
      printf("thread 2 exit code %lu\n", (unsigned long) tret);
 
      exit(0);
}
运行结果:
huangcheng@ubuntu:~$ ./a.outthread 2 startthread 2 push completecleanup: thread 2-1  handlerthread 1 startthread 1 push completecleanup: thread 1-2  handlercleanup: thread 1-1  handlerthread 1 exit code 1thread 2 exit code 20


在默认情况下,线程的终止状态会保存到对该线程调用pthread_join,如果线程已经处于分离状态,线程的底层存储资源可以在线程终止时立即被收回。当线程被分离时,并不能用pthread_join等待它的终止状态。对分离状态的线程调用pthread_join会失败,返回EINVAL。
pthread_detach调用可以用于使线程进入分离状态:

#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t tid);
//返回值:若成功则返回0,否则返回错误编号


现在可以看出线程函数和进程函数之间的相似之处: