POSIX 線程編程小結

The Pthreads API

Pthreads API可以非正式地分爲以下四組:

1. 線程管理:
2. 互斥:
3. 條件變量:
4. 同步:

線程管理

API:

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr,
              void *(*start_routine)(void*), void *arg);
void pthread_exit(void *value_ptr);
int pthread_cancel(pthread_t thread);
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

創建線程:

• 最初main程序由一個默認線程組成，其他線程必須顯示地創建
• pthread_create創建一個線程然後執行，可以在代碼中的任意地方調用
• pthread_create的參數
  
  • thread:返回新創建線程的獨一無二的標識符
  • attr:用於設定線程屬性的屬性對象，NULL爲默認值
  • start_routine: 需要線程執行的例程(函數的入口地址，也就是函數的指針)
  • arg: 傳遞給start_routine例程的參數，類型爲void*
• 一個進程可創建的最大線程數是由不同操作系統決定的
• ulimit -a

線程屬性（thread attribute object）:

• 默認情況下，被創建的線程帶有一種屬性。我們可以用屬性對象來改變線程的屬性。
• pthread_attr_init 和 pthread_attr_destroy 用於初始化/銷燬線程屬性。
• 其他例程用於設定或查詢線性屬性，其中包括:
  
  • Detached or joinable state
  • Scheduling inheritance
  • Scheduling policy
  • Scheduling parameters
  • Scheduling contention scope
  • Stack size
  • Stack address
  • Stack guard (overflow) size

線程綁定和調度

終止線程

• 有多種方法來終止線程
• 從start_routine正常返回
• 線程調用pthread_exit
• 線性調用pthread_cancel來終止其他線程
• 調用exec() 或exit() 來結束整個進程
• main() 結束
• pthread_exit() 允許指定一個終止狀態碼
• pthread_exit() 並不關閉打開的文件

加入(Joining) 和 分離(Detaching) 線程

API:

int pthread_join(pthread_t threadid, void **value_ptr);
int pthread_detach(pthread_t thread);
int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr,
              int *detachstate);
int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, 
              int detachstate);

Joining:

• pthread_join()例程阻塞調用線程，直到指定的線程標識爲threadid的線程終止
• pthread_join()可以獲得目標線程的終止狀態
• 如果調用pthread_join()被canceled，那麼目標進程就不會被分離
• 同時對同一個目標線程調用pthread_join()的結果是未定義的
• 如果pthread_join()成功返回，實現目標線程的資源將被回收，例如線程棧空間

Detaching

• pthread_detach()可以使目標線程進入分離狀態
• 進入分離狀態的線程在終止時會自動回收線程資源

棧管理

API:

int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr, 
        size_t *stacksize);
int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, 
        size_t stacksize);
int pthread_attr_getstackaddr(pthread_attr_t *attr,
         void **restrict stackaddr);
int pthread_attr_setstackaddr(pthread_attr_t *attr, 
         void *stackaddr);

互斥量(Mutex Variables)

API:

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,pthread_mutexattr_t *attr);
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);

使用:

• 互斥量使用之前必須初始化，有兩種方法進行初始化
  
  1. 靜態聲明時 pthread_mutex_t mymutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
  2. 動態分配 pthread_mutex_init()
• attr目標用於去建立互斥鎖的屬性，Pthreads標準定義了三個屬性：
  
  1. Process-shared:
  2. Protocol
  3. Prioceiling
• pthread_mutexattr_init() 和 pthread_mutexattr_destroy()用於創建和銷燬互斥鎖屬性

Locking 與 Unlocking 互斥鎖:

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

• pthread_mutex_unlock()會返回錯誤如果當前進程沒有獲得這把鎖或者這把鎖已經unlock

條件變量(Condition Variables)

API:

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_init(pthread_cond_t* cond,pthread_condattr_t *attr);
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int pthread_condattr_destroy(pthread_condattr_t *attr);
int pthread_condattr_init(pthread_condattr_t *attr);