pthread的基本用法
时间:2010-12-29 来源:BinChengfei
    一 概述
    
          Pthread是一套通用的线程库, 它广泛的被各种Unix所支持, 是由POSIX提出的. 因此, 它具有很好的可移植性. 
    
    例1:
  
 /**//* ------ test.c ------- */
    /**//* ------ test.c ------- */ #include <pthread.h>
    #include <pthread.h> void *pp(void *arg)
    void *pp(void *arg) 
     {
{ while (1)
        while (1)  {
{ printf("%s\n", (char *)arg);
            printf("%s\n", (char *)arg); sleep(2);
            sleep(2); }
        } return NULL;
        return NULL; }
    } 
     main()
    main() 
     {
{ pthread_t pid;
        pthread_t pid; pthread_create(&pid, NULL, pp, "hello world");
        pthread_create(&pid, NULL, pp, "hello world"); while (1)
        while (1)  {
{ printf("I am main thread\n");
            printf("I am main thread\n"); sleep(1);
            sleep(1); }
        } }
    }
  
  
    
    执行:
        gcc test.c -lpthread
        ./a.out
    
    输出:
        I am main thread
        hello world
        I am main thread
        hello world
        ............
    
    二 返回值
    
        也应该看到了, 每一个线程的返回值是void *.
        有两种方法返回:
            1 return pointer;
            2 pthread_exit(pointer);
        这两种方法是一样的.
    
        那么, 其他的线程是如何得到这个返回值的呢?
        用这个函数:
        int pthread_join(pthread_t TH, void **thread_RETURN);
       
        一个线程有两种状态, joinable 即系统保留线程的返回值, 直到有另外一个线程将它取走. detach系统不保留返回值.
    
        下面的函数用于detach:
        int pthread_detach (pthread_t TH);
       
        pthread_t pthread_self(); 可以返回自己的id. 通常, 我们用下列的语句来detach自己:
            pthread_detach(pthread_self());
    
    
    三 Mutex 
    
        Mutex用于解决互斥问题. 一个Mutex是一个互斥装置, 用于保护临界区和共享内存. 它有两种状态locked, unlocked. 它不能同时被两个线程所拥有.
    
        下面的函数用于处理Mutex:
    
        初始化一个Mutex
        int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t *MUTEX, const pthread_mutexattr_t *MUTEXATTR);
        锁定一个Mutex
        int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *mutex));
        试图锁定一个Mutex
        int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *MUTEX);
        结锁一个Mutex
        int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *MUTEX);
        销毁一个Mutext
        int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t *MUTEX);
    
        它的锁一共有三种: "fast", "recursive", or "error checking"
        进行lock操作时:
        如处于unlock状态, lock它, 即排斥占有。
    
        在被其他线程lock的时候,
        挂起当前线程, 直到被其他线程unlock
    
        在已经被自己lock的时候,
        "fast"                   挂起当前线程.
        "resursive"           成功并立刻返回当前被锁定的次数
        "error checking"  立刻返回EDEADLK
       
        进行unlock操作时:
        解锁.
        "fast"              唤醒第一个被锁定的线程
        "recursive"      减少lock数(这个数仅仅是被自己lock的, 不关其它线程的) 当lock数等于零的
                              时候, 才被unlock并唤醒第一个被锁定的线程.
        "error check"  会检查是不是自己lock的, 如果不是返回EPERM. 如果是唤 醒第一个被锁定的线程,
    
        通常, 我们用一些静态变量来初始化mutex.
        "fast" `PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER'
        "recursive" `PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP'
        "error check" `PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP'
    
        注意: _NP 表示no portable不可移植
    
        例如:
            // "fast" type mutex
            pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
            ... ...
            pthread_mutext_lock(&mutex);
            fwrite(buffer, 1, strlen(buffer), file);
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            ... ...
    
    四 Condition Variable (条件变量) 
    
        也是一种用于同步的device. 允许一个进程将自己挂起等待一个条件变量被改变状态.
        有下列几个函数:
    
        int pthread_cond_init (pthread_cond_t *COND,pthread_condattr_t *cond_ATTR);
        int pthread_cond_signal (pthread_cond_t *COND);
        int pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t *COND);
        int pthread_cond_wait (pthread_cond_t *COND, pthread_mutex_t *MUTEX);
        int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t *COND, pthread_mutex_t *MUTEX, const struct timespec *ABSTIME);
        int pthread_cond_destroy (pthread_cond_t *COND);
    
        我想看看名字就可以知道它们的用途了. 通常我们也使用静态变量来初始化一个条件变量.
        Example:
        pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
       
        pthread_cond_signal 用于唤醒一个被锁定的线程.
        pthread_cond_broadcast 用于唤醒所有被锁定的线程.
        pthread_cond_wait 用于等待.
    
        为了解决竞争问题(即一个线程刚要去wait而另一个线程已经signal了), 它要与一个mutex连用.
    
        看一看下面的例子:
  
 int x,y;
int x,y; pthread_mutex_t mut = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mut = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
 //Waiting until X is greater than Y is performed as follows:
//Waiting until X is greater than Y is performed as follows:
 pthread_mutex_lock(&mut);
pthread_mutex_lock(&mut); while (x <= y)
while (x <= y)  {
{ pthread_cond_wait(&cond, &mut);
    pthread_cond_wait(&cond, &mut); }
} /**//* operate on x and y */
/**//* operate on x and y */ pthread_mutex_unlock(&mut);
pthread_mutex_unlock(&mut); 
  
  
    
        pthread_cond_wait的执行过程如下:
        1. 首先, 它unlock the mutex, then 挂起当前的线程.
        2. 当被唤醒的时候, 它会lock the mutex.
    
        这样就保证了这是一个临界区.
    
    五 Thread-Specific Data (TSD)
    
        说白了就是线程中使用的静态变量. 大家可以很容易的理解为什么使用静态变量函数不是线程安全的(也就是它们一定要很小心的在线程中使用).
       
        而使用静态变量又是很方便的, 这就产生了 thread-specific data. 可以把它理解为一个指针数组, 但对于每个线程来说是唯一的.
    
        Example:
            int func()
            {
                char *p;
                p = strdup(thread-specific-data[1]);
                ... ...
            }
       
            void *pthread-1(void *arg)
            {
                ... ...
                func()
                ... ...
            }
    
            void *pthread-2(void *arg)
            {
                ... ...
                func()
                ... ...
            }
    
        不同的线程调用func产生的结果是不同的. 这只是个例子.
    
        int pthread_key_create(pthread_key_t *KEY, void (*destr_function) (void *));
        int pthread_key_delete(pthread_key_t KEY);
        int pthread_setspecific(pthread_key_t KEY, const void *POINTER);
        void * pthread_getspecific(pthread_key_t KEY);
       
        TSD可以看成是一个void *的数组.
        注意: pthread_key_delete只是释放key占用的空间, 你仍然需要释放那个void *.
       
        为了加深你的理解, 看一看下面的例子吧:
  
 /**//* Key for the thread-specific buffer */
/**//* Key for the thread-specific buffer */ static pthread_key_t buffer_key;
static pthread_key_t buffer_key;
 /**//* Once-only initialisation of the key */
/**//* Once-only initialisation of the key */ static pthread_once_t buffer_key_once = PTHREAD_ONCE_INIT;
static pthread_once_t buffer_key_once = PTHREAD_ONCE_INIT;
 /**//* Allocate the thread-specific buffer */
/**//* Allocate the thread-specific buffer */ void buffer_alloc(void)
void buffer_alloc(void)
 {
{ pthread_once(&buffer_key_once, buffer_key_alloc);
pthread_once(&buffer_key_once, buffer_key_alloc); pthread_setspecific(buffer_key, malloc(100));
pthread_setspecific(buffer_key, malloc(100)); }
}
 /**//* Return the thread-specific buffer */
/**//* Return the thread-specific buffer */ char * get_buffer(void)
char * get_buffer(void)
 {
{ return (char *) pthread_getspecific(buffer_key);
return (char *) pthread_getspecific(buffer_key); }
}
 /**//* Allocate the key */
/**//* Allocate the key */ static void buffer_key_alloc()
static void buffer_key_alloc()
 {
{ pthread_key_create(&buffer_key, buffer_destroy);
pthread_key_create(&buffer_key, buffer_destroy); }
}
 /**//* Free the thread-specific buffer */
/**//* Free the thread-specific buffer */ static void buffer_destroy(void * buf)
static void buffer_destroy(void * buf)
 {
{ free(buf);
free(buf); }
} 
  
  
    
    六. 信号处理
    
        在线程中的信号处理是这个样子, 所有的线程共享一组, 信号处理函数. 而每一个线程有自己的信号掩码.
    
        下面是用于处理线程信号的函数:
        int pthread_sigmask (int HOW, const sigset_t *NEWMASK, sigset_t *OLDMASK);
        int pthread_kill (pthread_t THREAD, int SIGNO);
        int sigwait (const sigset_t *SET, int *SIG);            
    
        可以使用sigaction来安装信号处理函数.
    
        看一看下面的程序:
        #include <stdio.h>
        #include <pthread.h>
        void *pp(void *)
        {
            printf("ha ha");
            alarm(1);
        }
        void main_alarm(int i)
        {
            printf("Main got\n");
            alarm(3);
        }
    
        main()
        {
            pthread_t pid;
            struct sigaction aa;
            sigset_t sigt;
    
            sigfillset(&sigt);
            aa.sa_handler = mainalarm;
            aa.sa_mask = sigt;
            aa.sa_flags = 0;
            sigaction(SIGALRM, &aa, NULL);
    
            pthread_create(&pid, NULL, pp, NULL);
            while(1);
            return 0;
        }
    
    七. 放弃 (Cancellation)
    
        这是一种机制: 一个线程可以结束另一个线程. 精确的说, 一个线程可以向另一个线程发送 cancellation 请求. 另一个线程根据其设置, 可以忽略掉该请求, 也可以在到达一个cancellation点时, 来处理它。
        
        当一个线程处理一个cancellaction请求时, pthread_exit 一个一个的调用 cleanup handlers. 所谓的一个cancellation点是在这些地方, 线程会处理cancellation请求. POSIX中的函数: pthread_join,pthread_cond_wait,pthread_cond_timewait,pthread_testcancel,sem_wait,sigwait 都是cancellation点. 下面的这些系统函数也是cancellation点:
        accept open sendmsg
        close pause sendto
        connect read system
        fcntl recv tcdrain
        fsync recvfrom wait
        lseek recvmsg waitpid
        msync send write
        nanosleep
       
        其它的一些函数如果调用了上面的函数, 那么, 它们也是cancellation点.
        int pthread_setcancelstate (int STATE, int *OLDSTATE);
        用于允许或禁止处理cancellation,
        STATE可以是:PTHREAD_CANCEL_ENABLE PTHREAD_CANCEL_DISABLE
    
        int pthread_setcanceltype (int TYPE, int *OLDTYPE);
        设置如何处理cancellation, 异步的还是推迟的.
        TYPE可以是:PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS PTHREAD_CANCEL_DEFERRED
        void pthread_testcancel (VOID);
    
    八. 清理函数 (Cleanup Handlers)
    
        这是一些函数, 它们会被pthread_exit按顺序调用. 它们以栈风格被管理.
        这种机制的目的是希望在退出前释放掉一些占用的资源.
    
        例如: 我们使用了一个MUTEX, 但希望在cancellation时能unlock它.
    
        pthread_cleanup_push(pthread_mutex_unlock, (void *)&mut);
        pthread_mutex_lock(&mut);
        /* do some work */
        pthread_mutex_unlock(&mut);
        pthread_cleanip_pop(0);
    
        注意:
            在异步处理过程中, 一个cancellation可以发生在pthread_cleaup_push 和pthread_mutex_lock之间. 这中情况是很糟糕的。所以,异步的cancellation 是很难用的。
    
        void pthread_cleanup_push (void (*ROUTINE) (void *), void *ARG);
        void pthread_cleanup_pop (int EXECUTE);
    
        如果EXECUTE不等于0, 则在出栈后,会被执行一次。
    
    九. 信号量 (Semaphores)
        
        Semaphores是线程间共享的资源计数器。
        基本的信号量操作为: 原子的增加信号量, 原子的减少信号量, 等待直到信号量的值为非零。
    
        在POSIX中, 信号量有一个最大值, 宏SEM_VALUE_MAX定义了该值。在GNU的LIBC中, 该值等于INT_MAX (太大了)。
    
        下面是相关的函数:
       
        int sem_init (sem_t *SEM, int PSHARED, unsigned int VALUE);
        初始化一个信号量, 其值为VALUE, PSHARED指明它是不是共享的.
        0 表示local, 非0表示是全局的.
       
        int sem_destroy (sem_t * SEM);
        释放掉相关的资源.
       
        int sem_wait (sem_t * SEM);
        等待直到SEM的值为非零.
    
        int sem_trywait (sem_t * SEM);
    
        int sem_post (sem_t * SEM);
        将信号量加1.
    
        int sem_getvalue (sem_t * SEM, int * SVAL);
        取得信号量的值.
    
     十 APIs
  
 int
int pthread_create(
pthread_create( pthread_t *tid ,                             // 用于返回新创建线程的线程号.
               pthread_t *tid ,                             // 用于返回新创建线程的线程号. const pthread_attr_t *attr ,
               const pthread_attr_t *attr ,     void*(*start_routine)(void*) ,  // start_routine 是线程函数指针,
               void*(*start_routine)(void*) ,  // start_routine 是线程函数指针, // 线程从这个函数开始独立地运行。
                                                                       // 线程从这个函数开始独立地运行。 void *arg                                       // arg 是传递给线程函数的参数。
               void *arg                                       // arg 是传递给线程函数的参数。 );
               );
 //由于start_routine 是一个指向参数类型为void*,返回值为void*的指针,
//由于start_routine 是一个指向参数类型为void*,返回值为void*的指针, //所以如果需要传递或返回多个参数时,可以使用强制类型转化。
//所以如果需要传递或返回多个参数时,可以使用强制类型转化。

 void
void pthread_exit(
pthread_exit( void* value_ptr
             void* value_ptr );
             );
 // 参数value_ptr 是一个指向返回状态值的指针。
// 参数value_ptr 是一个指向返回状态值的指针。

 int
int pthread_join(
pthread_join( pthread_t tid ,
             pthread_t tid ,  void **status
             void **status );
             );
 // 参数tid 是希望等待的线程的线程号,status 是指向线程返回值的
// 参数tid 是希望等待的线程的线程号,status 是指向线程返回值的 //指针,线程的返回值就是pthread_exit 中的value_ptr 参数,或者是return
//指针,线程的返回值就是pthread_exit 中的value_ptr 参数,或者是return //语句中的返回值。该函数可用于线程间的同步。
//语句中的返回值。该函数可用于线程间的同步。
 int
int pthread_mutex_init(
pthread_mutex_init( pthread_mutex_t *mutex,
                   pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t* attr
                   const pthread_mutex_attr_t* attr );
                   );
 // 该函数初始化一个互斥体变量,如果参数attr 为NULL,则互斥
// 该函数初始化一个互斥体变量,如果参数attr 为NULL,则互斥 //体变量mutex 使用默认的属性。
//体变量mutex 使用默认的属性。
 int
int pthread_mutex_lock(
pthread_mutex_lock( pthread_mutex_t *mutex
                   pthread_mutex_t *mutex );
                   );
 // 该函数用来锁住互斥体变量。如果参数mutex 所指的互斥体已经
// 该函数用来锁住互斥体变量。如果参数mutex 所指的互斥体已经 // 被锁住了,那么发出调用的线程将被阻塞直到其他线程对mutex 解锁。
// 被锁住了,那么发出调用的线程将被阻塞直到其他线程对mutex 解锁。
 int
int pthread_mutex_trylock(
pthread_mutex_trylock( pthread_t *mutex
                      pthread_t *mutex );
                      );
 // 该函数用来锁住mutex 所指定的互斥体,但不阻塞。如果该互斥
// 该函数用来锁住mutex 所指定的互斥体,但不阻塞。如果该互斥 //体已经被上锁,该调用不会阻塞等待,而会返回一个错误代码。
//体已经被上锁,该调用不会阻塞等待,而会返回一个错误代码。
 int
int pthread_mutex_unlock(
pthread_mutex_unlock( pthread_mutex_t *mutex
                     pthread_mutex_t *mutex );
                     );
 // 该函数用来对一个互斥体解锁。如果当前线程拥有参数mutex 所
// 该函数用来对一个互斥体解锁。如果当前线程拥有参数mutex 所 // 指定的互斥体,该调用将该互斥体解锁。
// 指定的互斥体,该调用将该互斥体解锁。
 int
int pthread_mutex_destroy (
pthread_mutex_destroy ( pthread_mutex_t *mutex
                       pthread_mutex_t *mutex );
                       );
 // 该函数用来释放分配给参数mutex 的资源。调用成功时返回值为
// 该函数用来释放分配给参数mutex 的资源。调用成功时返回值为 //0,否则返回一个非0 的错误代码。
//0,否则返回一个非0 的错误代码。

 int
int pthread_cond_init(
pthread_cond_init( pthread_cond_t *cond,
                  pthread_cond_t *cond,  const pthread_cond_attr_t*attr
                  const pthread_cond_attr_t*attr );
                  );
 // 该函数按参数attr指定的属性创建一个条件变量。调用成功返回,
// 该函数按参数attr指定的属性创建一个条件变量。调用成功返回, // 并将条件变量ID 赋值给参数cond,否则返回错误代码。
// 并将条件变量ID 赋值给参数cond,否则返回错误代码。
 int
int pthread_cond_wait (
pthread_cond_wait ( pthread_cond_t *cond ,
                   pthread_cond_t *cond ,  pthread_mutex_t*mutex
                   pthread_mutex_t*mutex );
                   );
 // 该函数调用为参数mutex 指定的互斥体解锁,等待一个事件(由
// 该函数调用为参数mutex 指定的互斥体解锁,等待一个事件(由 // 参数cond 指定的条件变量)发生。调用该函数的线程被阻塞直到有其他
// 参数cond 指定的条件变量)发生。调用该函数的线程被阻塞直到有其他 // 线程调用pthread_cond_signal 或pthread_cond_broadcast 函数置相应的条
// 线程调用pthread_cond_signal 或pthread_cond_broadcast 函数置相应的条 // 件变量,而且获得mutex 互斥体时才解除阻塞。
// 件变量,而且获得mutex 互斥体时才解除阻塞。

 int
int pthread_cond_timewait(
pthread_cond_timewait( pthread_cond_t *cond ,
                      pthread_cond_t *cond ,  pthread_mutex_t*mutex ,
                      pthread_mutex_t*mutex ,  const struct timespec *abstime
                      const struct timespec *abstime );
                      ); // 该函数与pthread_cond_wait 不同的是当系统时间到达abstime 参
// 该函数与pthread_cond_wait 不同的是当系统时间到达abstime 参 // 数指定的时间时,被阻塞线程也可以被唤起继续执行。
// 数指定的时间时,被阻塞线程也可以被唤起继续执行。
 int
int pthread_cond_broadcast(
pthread_cond_broadcast( pthread_cond_t *cond
                       pthread_cond_t *cond );
                       ); // 该函数用来对所有等待参数cond所指定的条件变量的线程解除阻
// 该函数用来对所有等待参数cond所指定的条件变量的线程解除阻 // 塞,调用成功返回0,否则返回错误代码。
// 塞,调用成功返回0,否则返回错误代码。
 int
int pthread_cond_signal(
pthread_cond_signal( pthread_cond_t *cond
                    pthread_cond_t *cond );
                    );
 // 该函数的作用是解除一个等待参数cond所指定的条件变量的线程
// 该函数的作用是解除一个等待参数cond所指定的条件变量的线程 // 的阻塞状态。当有多个线程挂起等待该条件变量,也只唤醒一个线程。
// 的阻塞状态。当有多个线程挂起等待该条件变量,也只唤醒一个线程。
 int
int pthread_cond_destroy(
pthread_cond_destroy( pthread_cond_t *cond
                     pthread_cond_t *cond );
                     ); // 该函数的作用是释放一个条件变量。释放为条件变量cond 所分配的
// 该函数的作用是释放一个条件变量。释放为条件变量cond 所分配的 // 资源。调用成功返回值为0,否则返回错误代码。
// 资源。调用成功返回值为0,否则返回错误代码。
 int
int pthread_key_create(
pthread_key_create( pthread_key_t key ,
                   pthread_key_t key ,  void(*destructor(void*))
                   void(*destructor(void*)) );
                   );
 // 该函数创建一个键值,该键值映射到一个专有数据结构体上。如
// 该函数创建一个键值,该键值映射到一个专有数据结构体上。如 //果第二个参数不是NULL,这个键值被删除时将调用这个函数指针来释放
//果第二个参数不是NULL,这个键值被删除时将调用这个函数指针来释放 //数据空间。
//数据空间。
 int
int pthread_key_delete(
pthread_key_delete( pthread_key_t *key
                   pthread_key_t *key );
                   ); 
                    // 该函数用于删除一个由pthread_key_create 函数调用创建的TSD
// 该函数用于删除一个由pthread_key_create 函数调用创建的TSD //键。调用成功返回值为0,否则返回错误代码。
//键。调用成功返回值为0,否则返回错误代码。
 int
int pthread_setspecific(
pthread_setspecific( pthread_key_t key ,
                    pthread_key_t key ,  const void(value)
                    const void(value) );
                    );
 // 该函数设置一个线程专有数据的值,赋给由pthread_key_create 创
// 该函数设置一个线程专有数据的值,赋给由pthread_key_create 创 // 建的TSD键,调用成功返回值为0,否则返回错误代码。
// 建的TSD键,调用成功返回值为0,否则返回错误代码。

 void *
void * pthread_getspecific(
pthread_getspecific( pthread_key_t *key
                    pthread_key_t *key );
                    );
 // 该函数获得绑定到指定TSD 键上的值。调用成功,返回给定参数
// 该函数获得绑定到指定TSD 键上的值。调用成功,返回给定参数 //key 所对应的数据。如果没有数据连接到该TSD 键,则返回NULL。
//key 所对应的数据。如果没有数据连接到该TSD 键,则返回NULL。
 int
int pthread_once(
pthread_once( pthread_once_t* once_control,
             pthread_once_t* once_control,  void(*init_routine)(void)
             void(*init_routine)(void) );
             );
 //该函数的作用是确保init_routine指向的函数,在调用pthread_once
//该函数的作用是确保init_routine指向的函数,在调用pthread_once //的线程中只被运行一次。once_control 指向一个静态或全局的变量。
//的线程中只被运行一次。once_control 指向一个静态或全局的变量。
  
   while (1)
        while (1) 









