《Unix高级环境编程》 第十一章 Threads

在本章，我们提出thread的概念并且讨论POSIX1中创建和摧毁线程的原始操作。我们也提出线程同步问题。我们讨论三种基础的同步机制-互斥量、读写锁、条件变量，并且讲述如何使用它们来保护共享资源。

二、线程概念

1. 使用线程的程序能无视处理器的数量

2. thread包含表示execution context的必要信息有哪些？

1. threads ID
2. a set of register values
3. a scheduling priority and policy
4. a signal mask
5. errno variable
6. thread-specific data

3 线程间共享了哪些数据

1. text of executable program
2. program’s global and heap memory
3. stacks
4. file descriptors

三、Threads Identification

4. thread ID和PID的区别?pid_t和pthread_t的实现类型是什么？

PID是系统中唯一的
thread ID是在context of process内部的。

pid_t 一般是non-negative integer
pthread_t 为了移植性一般使用structure而不是整型，Linux中使用unsigned long integer实现

5. thread ID间如何比较？

使用pthread_equal
详细内容见链接Linix中thread function集合：http://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/50855258

6. 如何获取自身thread ID？使用pthread_self

四、线程创建

7. 线程如何创建

使用pthread_create：http://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/50855258

8. 线程的注意点

1. 可以使用process的地址空间，并且继承调用者的float-point enviornment和signal mask
2. 但是： the set of pending signals都被清除
3. 若要在新建thread中得到thread ID，不要将create的参数thread的值传递给新线程，因为可能在pthread_create返回前，新线程就开始执行了，那么thread是垃圾值。
4. Linux有过用clone实现thread的可能

五、Thread Termination

9-thread中调用_Exit，exit和_exit 会中止整个进程

10-仅仅中止thread而不是整个进程的三种方法

1. thread简单地从start routine return
2. thread可以被同个进程中其他的thread 取消
3. thread可以调用pthread_exit，见链接：http://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/50855258

11-pthread_join注意点

链接：http://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/50855258
* 如果相关线程被取消，retval被设置为PTHREAD_CANCELED
* 通过调用pthread_join，我们自动将pthread设置为detached state，这样的他的资源可以被恢复。
* 如果调用pthread_join的线程已经处于detached state，出错并且返回EINVAL

12-线程中return和pthread_exit区别

return仅能返回整数
pthread_exit能返回更多得信息，比如返回结构体，如果该结构体是局部变量分配的，那么可能会被改变内容。可以使用全局变量或者malloc

13-pthread_cancel注意点

pthread_cancel链接：http://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/50855258
pthread_cancel不等待thread terminate, 仅仅是发送请求

14-thread cleanup handlers

pthread_cleanup_push, pthread_cleanup_pop ：http://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/50855258
类似于atexit，用于注册线程的清理函数（清理函数用于执行相关资源清理的操作）。这些handlers（服务函数）保存在stack(栈)中，意味着它们以注册的反序执行

15- thread清理服务函数的注意点

• 如果线程通过在其开始程序中return，其cleanup handlers就不会调用

15- process和thread相关的primitives

16- 被detach(分离)的线程，pthread_join是不能用来wait线程的中止状态的

pthread_join used to wait detached thread will fail, return EINVAL

17- 如何分离线程？

使用pthread_detach

pthread_detach - detach a thread

#include <pthread.h>int pthread_detach(pthread_t thread);        //returns: 0 if OK, error number on error

18-How to create detached thread？

可以在使用pthread-create创建线程时通过attribute属性参数来得到分离的线程

六、Thread Synchronization

19-mutex是什么？如何同步？mutex变量的类型是什么？

• mutex是pthread mutual-exclusion interfaces
• mutex是通过在同一时间只有单一线程能访问和改变数据来实现同步
• mutex variable type: pthread_mutex_t

20-pthread_mutex_init 和 pthread_mutex_destroy的作用？

具体原型可以查看LinuxAPI集合链接：http://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/50855258
* init会将mutex初始化为常量PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
* attr = NULL时，mutex初始化为default attributes(默认属性)
* 如果是动态分配的mutex，在释放mutex之前需要调用destroy
* 需要对mutex的所有操作结束后，才能调用destroy

21-如何对mutex上锁和解锁？

使用pthread_mutex_lock, pthread_mutex_trylock, pthread_mutex_unlock,见链接：http://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/50855258

• trylock的特性是：如果mutex没有上锁，则上锁，然后返回0; 如果mutex已经上锁，trylock会失败，返回EBUSY，不会阻塞

22-如何避免死锁？

• 所有的线程总是在mutex B上锁前给mutex A上锁，就绝对不会发生死锁
• 可以使用trylock，在发现已经上锁后，先释放mutex然后再trylock，能防止死锁

23-如果很粗糙地处理lock的间隔(granularity),可能会导致同一个锁上阻塞过多的线程，这样在并发上提升的性能很有限

24-Reader-Writer Locks(读写锁)是什么？和mutex的区别是什么？

读写锁类似于互斥量。
mutex：只有两种状态，locked，unlocked
读写锁：三种状态，write-locked，read-locked，unlocked

25-读写锁有哪些API？作用是什么？

pthread_rwlock_init
pthread_rwlock_destroy
pthread_rwlock_rdlock
pthread_rwlock_wrlock
pthread_rwlock_unlock
pthread_rwlock_tryrdlock
pthread_rwlock_trywrlock

具体见链接的详细讲解：http://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/50855258

26-读写锁注意点

• 动态分配的rwlock需要在释放前调用 destroy，不然该lock所占有的资源会丢失
• 实现在shared mode(read-locked)下有数量限制，因此我们需要检查rdlock的返回值
• rwlock、unlock仅在使用未初始化的锁 或者 试图获得本身已经拥有的锁 这两种情况下返回错误值，一般我们不需要检查返回值。

27- pthread_rwlock_tryrdlock/trywrlock作用

类似于mutex的trylock，适合用于lock hierarchy不足以避免死锁的情况

Condition Variables

条件变量 provide a place for threads to rendezvous(约会，集合点).

28- 条件变量初始化的两种方法

1. 静态初始化，PTHREAD_COND_INITIALIZER
2. 动态初始化，pthread_cond_init

init中，当attr = NULL时，使用默认属性。

29 -pthread_cond_wait/timedwait作用和使用方法

wait是等待condition(条件)为真，wait return时，mutex自动上锁

timewait等待一定时间，超时则会报错,返回ETIMEDOUT

timewait中timespec的结构体的使用方法

struct timespec{    time_t tv_sec;  /*seconds*/    long tv_nsec;   /*nanoseconds*/};

将现在的时间+3分钟，来表示等待3分钟

30-获得绝对时间的方法（将timeval转换成timespec）

我们使用gettimeofday获取当前时间，并且用结构体timeval表示，之后需要将其转换为timespec结构体。
代码如下：

#include <sys/time.h>#include <stdlib.h>void maketimeout(struct timespec *tsp, long minutes){    struct timeval now;    /* get the current time */    gettimeofday(&now, NULL);    tsp->tv_sec = now.tv_sec;    tsp->tv_nsec = now.tv_usec * 1000; /* usec to nsec */    /* add the offset to get timeout value */    tsp->tv_sec += minutes * 60;}

31-pthread_cond_signal/broadcast作用

当condition满足的时候，pthread_cond_signal将会唤醒一个等待在condition的线程。

• condition是work queue的状态
• 我们网work queue放入信息的时候，必须拥有mutex
• 想等待中的thread发送signal的时候，我们不需要用有mutex
• thread苏醒的时候发现queue仍然是empty的，就会回到等待状态。不允许这种race(竞争)的话，我们需要在signal（发信号）给threads的时候，需要hold the mutex.