AUPE——Chapter 11:线程
来源:互联网 发布:遗传算法参考书 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 04:56
一个进程中的所有线程都可以访问该进程的组成部件。
线程包含了表示进程执行环境必需的信息,其中包括进程中标识线程的线程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、程序全局内存和堆内存、栈以及文件描述符。
进程ID在整个系统中是唯一的,
线程ID只在它所属的进程环境中有效。
比较两个线程ID:
#include <pthread.h>int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2); /* 返回值:若相等则返回非0值,否则返回0 */
获取自身线程ID:
#include <pthread.h>pthread_t pthread_self(void); /* 返回值:调用线程的线程ID */
11.1 线程创建
#include <pthread.h>int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void *), void *restrict arg); /* 返回值:若成功返回0,否则返回错误号码 */
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。
新创建的线程从start_rtn函数的地址开始运行。
函数参数的结构地址作为arg参数传入。
新创建的线程可以访问进程的地址空间,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。
11.2 线程终止
如果进程中的任一线程调用了exit,_Exit或者_exit,那么整个进程都会终止。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:
(1)线程只是从启动例程中返回,返回值是线程的退出码。
(2)线程可以被同一进程中的其他线程取消。
(3)线程调用pthread_exit。
#include <pthread.h>void pthread_exit(void *rval_ptr);
进程中的其他线程可以通过调用pthread_join函数访问到这个指针。
#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 tid); /* 返回值:若成功则返回0,否则返回错误编号 */
pthread_cancel并不等待线程终止,它仅仅提出请求。
线程清理处理程序(thread cleanup handler):线程可以安排它退出时需调用的函数。线程可以建立多个清理处理程序。处理程序记录在栈中,它们的执行顺序与它们注册的顺序相反。
#include <pthread.h>void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void *), void *arg);void pthread_cleanup_pop(int execute);
当执行以下动作时调用清理函数:
- 调用pthread_exit时。
- 响应取消请求时。
- 用非零execute参数调用pthread_cleanup_pop时。
如果execute参数为0,清理函数将不被调用。
pthread_cleanup_pop都将删除上次pthread_cleanup_push调用建立的清理处理程序。
如果线程是通过从它的启动例程中返回而终止的话,那么它的清理处理程序就不会被调用。
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 */
11.3 线程同步
互斥量(mutex)
互斥变量用 pthread_mutex_t 数据类型来表示,使用前需对它初始化,可以设置为常量 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER(只对静态分配的互斥量)。也可以调用pthread_mutex_init函数进行初始化。如果动态地分配互斥量,那么在释放内存前需调用pthread_mutex_destroy。
#include <pthread.h>int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); /* 返回值:若成功则返回0,否则返回错误编号 */
#include <pthread.h>int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); /* 返回值:若成功则返回0,否则返回错误编号 */
读写锁
读写锁可以有三种状态:
1)读模式下加锁状态
2)写模式下加锁状态
3)不加锁状态
一次只有一个线程可以占有写模式的读写锁,但是多个线程可以同时占有读模式的读写锁。
如果线程希望以写模式对此锁进行加锁,它必须阻塞直到所有的线程释放读锁。
如果有另外的线程试图以写模式加锁,读写锁通常会阻塞随后的读模式锁请求。
读写锁在使用之前必须初始化,在释放它们底层的内存前必须销毁。
#include <pthread.h>int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *restrict rwlock); /* 若成功则返回0,否则返回错误编号 */
#include <pthread.h>int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *restrict rwlock);int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *restrict rwlock);int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *restrict rwlock); /* 若成功则返回0,否则返回错误编号 */
#include <pthread.h>int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *restrict rwlock);int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *restrict rwlock); /* 若成功则返回0,否则返回错误编号 */
条件变量
条件变量是线程可用的另一种同步机制。条件变量与互斥量一起使用,允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。
条件本身是由互斥量保护的。线程在改变条件状态前必须首先锁住互斥量,其他线程在获得互斥量之前不会察觉到这种改变,因为必须锁住互斥量以后才能计算条件。
条件变量使用之气需初始化。常量 PTHREAD_COND_INITIALIZER 赋给静态分配的条件变量。动态分配用 pthread_cond_init 初始化。
#include <pthread.h>int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *restrict cond); /* 若成功则返回0,否则返回错误编号 */
使用 pthread_cond_wait 等待条件变为真,如果在给定的时间内条件不能满足,那么会生成一个代表出错码的返回变量。
#include <pthread.h>int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict timeout); /* 若成功则返回0,否则返回错误编号 */
传递给pthread_cond_wait的互斥量对条件进行保护,调用者把锁住的互斥量传给函数。函数把调用线程放到等待条件的线程列表上,然后对互斥量解锁,这两个操作是原子操作。pthread_cond_wait返回时,互斥量再次被锁住。
struct timespec { time_t tv_sec; /* seconds */ long tv_nsec; /* nanoseconds */}
时间只是一个绝对数而不是相对数。例如,等待3分钟,就把当前时间加上3分钟再转换到timespec结构体中。gettimeofday获取timeval结构表示的当前时间,然后把这个时间转换为timespec结构。
通知线程条件已经满足,
pthread_cond_signal函数将唤醒等待该条件的某个线程。
pthread_cond_broadcast函数将唤醒等待该条件的所有线程。
#include <pthread.h>int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); /* 若成功则返回0,否则返回错误编号 */
调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast,也称向线程发送信号。必须注意一定要在改变条件状态以后再给线程发送信号。
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