使用pthread库进行多线程编程2 - UNIX高级环境编程第12章读书笔记

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原创最新推荐文章于 2026-10-01 10:15:36 发布 6.8k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

linux pthread 基本使用阅读详情

12 Thread Control

1 Thread Limits

用sysconf函数可以获得和thread相关的一些系统信息，主要是线程相关的一些最大值：

NAME	Description	Argument
PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS	最大尝试销毁线程相关数据(Thread Specific Data)的次数，见下面关于Thread-Specific Data的内容	_SC_THREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS
PTHREAD_KEYS_MAX	一个进程所能够创建的最大键数	_SC_THREAD_KEYS_MAX
PTHREAD_STACK_MIN	线程栈的最小值	_SC_THREAD_STACK_MIN
PTHREAD_THREADS_MAX	单个进程中的线程个数最大值	_SC_THREAD_THREADS_MAX

部分概念在后面会提到。

虽然标准定义了这些常量，不过在很多系统上面可能根本就没有定义对应的Argument（如_SC_THREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS可能未定义），或者sysconf函数返回错误。因此在很多时候这些很难派上用场。

2 Thread Attributes

在前面讲到pthread_create等函数的时候，这些函数有一个参数pthread_attr_t。缺省情况下可以传NULL。但是如果想自己定义线程的相关属性的话，应该调用pthread_attr_init函数来定义：

#include <pthread.h>

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

返回0表示正常，出错时返回错误值

pthread_attr_init函数负责初始化pthread_attr_t结构为缺省值。pthread_attr_destroy负责释放在pthread_attr_init函数调用时分配的内存，同时将pthread_attr的内容置为非法。如果要修改属性，需要调用其他函数来手动设置。

基本的线程属性如下：

Name	Description
detachstate	detached状态，在前一章中有讲述
guardsize	线程栈底部的Guard缓冲区的大小
stackadddr	线程栈的最低地址
stacksize	线程栈的大小

1. Detached State：一个线程如果出于Detached状态，说明此线程在退出的时候可以立刻释放其资源和对应的结束代码，从而无法使用pthread_join。可以用pthread_attr_setdetachedstate函数来设置Detach状态。传入PTHREAD_CREATE_DETACHED可以让线程启动的时候就处于Detached状态，而传入PTHREAD_CREATE_JOINABLE则是以通常状态启动线程

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getdetachedstate(const pthread_attr_t *restrict attr, int *detachstate);

int pthread_attr_setdetachedstate(pthread_attr_t *restrict attr, int detachstate);

返回0表示正常，出错时返回错误值

2. GuardSize：在线程栈的末尾有一个比较小的内存区域，这个内存区域是保护起来的，一旦栈发生overflow，系统立刻就会知道，发送一个Signal（Windows也有类似的功能，只不过是用于自动增长栈的大小）。缺省情况下这个大小正好是一个页=PAGESIZE。甚至可以用函数将该数值设置为0来禁止这个功能。如果我们修改了栈地址的话，系统会认为我们会自己处理Overflow的问题，因此也不会提供这个功能。调用pthread_attr_get_guardsize & pthread_attr_set_guardsize可以获得/设置这个值：

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getguardsize(const pthread_attr_t *restrict attr, size_t *restrict guardsize);

int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *restrict attr, size_t guardsize);

返回0表示正常，出错时返回错误值

3. StackSize：线程可以自己设置栈的大小，用pthread_attr_getstacksize和pthread_attr_setstacksize：

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getguardsize(const pthread_attr_t *restrict attr, size_t *restrict stacksize);

int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *restrict attr, size_t stacksize);

返回0表示正常，出错时返回错误值

4. StackAddr：当进程中线程过多的时候，有可能会栈空间不足。一个方案是用malloc或者nmap来分配新的内存，作为一个另外的栈，供线程使用。可以调用pthread_attr_setstack和pthread_attr_getstack来获得/设置：

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getstack(const pthread_attr_t *restrict attr, void **restrict stackaddr, size_t *restrict stacksize);

int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *restrict attr, void *stackaddr, size_t *stacksize)

返回0表示正常，出错时返回错误值

除此之外，还有其他一些线程属性：

1. Cancellability State

2. Cancellability Type

3. Concurrency Level

1和2会在第6节中讲述。

Concurrency Level定义了用户模式线程和内核线程/进程之间的对应关系。如果具体操作系统实现是按照1对1，也就是一个用户模式线程对应一个内核模式线程的话，那么修改这个值没有作用。但是如果操作系统实现用少量内核模式线程/进程来模拟用户模式线程的话，那么修改这个值可能会提高或者降低程序和系统的性能。Level值并没有具体的意义，只是一个hint。Level=0表示让系统自动选择。函数原型如下：

#include <pthread.h>

int pthread_attr_getconcurrency(void);

int pthread_attr_setconcurrency(int level);

返回0表示正常，出错时返回错误值

注意这个属性不是和具体线程相关的，而是系统级别的。

3 Synchronization Attributes

同步对象也有他们自己的Attributes。

3.1 Mutex Attributes

Mutex的属性类型为pthread_mutexattr_t。可以用pthread_mutexattr_init和pthread_mutexattr_destroy来创建和释放Mutex Attributes。类似的，pthread_mutexattr_init函数会将结构初始化为缺省值。

#include <pthread.h>

int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);

int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);

返回0表示正常，出错时返回错误值

Mutex的属性有：

1. Process-Shared：指定Mutex是否为多个进程所共享。缺省值是PTHREAD_PROCESS_PRIVATE，即只有创建者进程才可以访问此Mutex。也可以设置为PTHREAD_PROCESS_SHARED，在多个进程之间共享。

#include <pthread.h>

int pthread_mutexattr_getpshared(const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict pshared);

int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared);

返回0表示正常，出错时返回错误值

2. Type：指定Mutex的类型。Mutex有下列类型：

Type	未释放锁的情况获得锁	未获得锁情况下释放锁	已释放锁的情况下再次释放	Description
PTHREAD_MUTEX_NORMAL	死锁	未定义	未定义	一般的Mutex
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK	出错	出错	出错	加强错误检查
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE	允许	出错	出错	允许单个线程获得锁多次，需要多次释放，但是不能超过获得锁的次数。一般用来处理可重入的函数，见下面一章
PTHREAD_MUTEX_DEFAULT	未定义	未定义	未定义	完全没有错误检查

通过调用pthread_mutexattr_gettype & pthread_mutexattr_settype来获得/设置对应的type：

#include <pthread.h>

int pthread_mutexattr_gettype(const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict type);

int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int type);

返回0表示正常，出错时返回错误值

3.2 Reader-Writer Lock Attributes

类似Mutex Attributes，但是只支持Process Shared属性。

3.3 Condition Variable Attributes

类似Mutex Attributes，但是只支持Process Shared属性。

4 Reentrancy

1. 大部分Single UNIX Specification所定义的函数都是线程安全的，但是也有不少例外。实际使用的时候建议参考文档，确定函数是否是线程安全。

2. 文件支持用ftrylockfile, flockfile, funlockfile来锁定文件访问。标准IO函数被要求必须调用在内部实现中调用flockfile, funlockfile。基于字符的部分IO函数具有非线程安全版本，以_unlocked结尾，如：getchar_unlocked, getc_unlocked, putchar_unlocked, putc_unlocked

3. 书中提供了一个可重入的getenv_r实现。要点是：

a. 用到了Recursive Mutex（使用pthread_mutexattr_settype函数调用设置）来保护自己和其他线程冲突（普通的Mutex就可以做到），同时允许重入（必须用Recursive Mutex）

b. 要求调用者提供自己的buffer，而不是用静态全局变量envbuf来访问结果

c. 使用pthread_once函数保证只调用一个初始化函数一遍，用于初始化Mutex（当然用其他方法也可以）

5 Thread-Specific Data

1. Thread-Specific Data是一种很方便的将数据和线程联系起来的方法，在C Runtime中也大量用到Thread-Specific Data来维护线程相关的数据，一个典型的例子是errno：实际上errno是一个函数调用，返回和线程相关的错误值。Windows中有类似的机制，称为TLS (Thread Local Storage)

2. 访问Thread-Specific Data需要使用Key。不同线程使用同一个key访问同一类型的数据（比如Errno），但是可以存放不同的值。Key的类型为pthread_key_t

3. 用pthread_key_create函数创建key：

#include <pthread.h>

int pthread_key_create(pthread_key_t *keyp, void (*destructor)(void *))

返回0表示正常，出错时返回错误值

创建好之后key对应的Thread-Specific Data为NULL。

Destructor函数指针指定当pthread_key_t被删除的时候需要自动调用的函数，可以传NULL。参数值为TSD的具体值，必然非NULL。在线程正常退出时候，如return或者pthread_exit，当数据值为非NULL时候会调用。但是当线程非正常退出，如调用exit, _exit, _Exit, abort或者其他非正常退出的时候，destructor不会被调用。一般情况下，这个destructor用来销毁用户用malloc为Thread-Specific Data分配的空间。注意：一般不应该用destructor来调用pthread_key_delete，因为delete对于一个key只用调一次，而destructor是对每个线程都调用的，前提是线程正常退出并且TSD不为NULL。

Key的总数量可能会有限制。可以用PTHREAD_KEYS_MAX来查询最大值。

因为调用Destructor的时候这个Destructor可能又会创建新的Key，所以当线程退出的时候，调用Destructor的过程会反复继续直到没有key具有非NULL值或者次数到达最大值PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS为止。这个值可以用sysconf获得。

4. 用pthread_key_delete函数删除key：

#include <pthread.h>

int pthread_key_delete(pthread_key_t *keyp)

返回0表示正常，出错时返回错误值

注意，调用此函数不会导致Destructor被调用！

5. 可以用pthread_once函数保证某个函数只被调一次，用法如下：

#include <pthread.h>

pthread_once_t initflag = PTHREAD_ONCE_INIT;

int pthread_once(pthread_once_t *initflag, void (*initfn)(void));

返回0表示正常，出错时返回错误值

即使在多个线程中被调，pthread_once保证initfn在进程中只会调用一次。

6. pthread_getspecific和pthread_setspecific用于访问key所对应的Thread-Specific Data，就是一个void *指针：

#include <pthread.h>

Void * pthread_getspecific(pthread_key_t key)

返回和key相关的当前线程的Thread-Specific Data

int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value)

返回0表示正常，出错时返回错误值

6 Cancel Options

除了上面介绍的Thread Attributes之外，还有两个Thread Attributes没有介绍，这两个均和pthread_cancel函数有关。

1. Cancelability State：表示允许或者禁止pthread_cancel调用。PTHREAD_CANCEL_ENABLE和PTHREAD_CANCEL_DISABLE分别对应允许和禁止（缺省情况下自然是允许）。调用pthread_setcancelstate来设置状态：

#include <pthread.h>

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate)

返回0表示正常，出错时返回错误值

注意：这个函数对当前线程有效，并非设置pthread_attr_t

如果对一个线程调用pthread_cancel，线程会继续运行知道线程到达一个Cancellation Point，也就是可撤销点。POSIX.1定义了一些可以作为Cancellation Point的一些函数。

你也可以自己定义自己的Cancellation Point，通过调用pthread_testcancel：

#include <pthread.h>

int pthread_testcancel(void)

返回0表示正常，出错时返回错误值

2. Cancelability Type：指定Cancel的类型。缺省情况下，行为正如我们之前所描述的那样，线程会运行到一个Cancellation Point再Cancel，称之为Deferred Cancellation，对应的常量为PTHREAD_CANCEL_DEFERRED。此外，还支持一种称为PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS的类型。这种情况下，线程会立刻被Cancel，无需得到Cancellation Point。使用pthread_setcanceltype可以改变线程的CancelType属性属性

#include <pthread.h>

int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype)

返回0表示正常，出错时返回错误值

注意：这个函数对当前线程有效，并非设置pthread_attr_t

7 Threads and Signals

pthread_sigmask函数可以阻止Signal的发送：

#include <pthread.h>

int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *restrict set, sigset_t *restrict oset)

返回0表示正常，出错时返回错误值

调用sigwait函数可以等待signal的产生：

#include <pthread.h>

int sigwait(const sigset_t *restrict set, int *restrict signop);

返回0表示正常，出错时返回错误值

当signal是pending的情况下，调用sigwait会立刻返回并且把signal从pending list中移走，这样这个signal就不会被调用。为了避免这种行为，可以将pthread_sigmask和sigwait合用，首先用pthread_sigmask在signal产生之前阻止某个signal，然后用sigwait等待这个signal。Sigwait会自动Unblock这个signal，然后在等待结束之后恢复mask。

调用pthread_kill可以给一个线程发送signal：

#include <pthread.h>

int pthread_kill(pthread_t thread, int signo)

返回0表示正常，出错时返回错误值

8 Threads and fork

当线程调用fork的时候，整个进程的地址空间都被copy（严格来说是copy-on-write）到child。所有Mutex / Reader-Writer Lock / Condition Variable的状态都被继承下来。子进程中，只存在一个线程，就是当初调用fork的进程的拷贝。由于不是所有线程都被copy，因此需要将所有的同步对象的状态进行处理。（如果是调用exec函数的话没有这个问题，因为整个地址空间被丢弃了）处理的函数是pthread_atfork：

#include <pthread.h>

int pthread_atfork(void (*prepare)(void), void (*parent)(void), void (*child)(void));

返回0表示正常，出错时返回错误值

1. Prepare：在fork创建child进程之前，在parent进程中调用。职责是：获得所有的锁

2. Parent：在fork创建child进程之后，但在fork调用返回之前，在parent进程中调用。职责是：释放在prepare中获得的所有的锁

3. Child：在fork创建child进程之后，在fork调用返回值钱，在child进程中调用。职责是：释放在prepare中获得的所有的锁。看起来child和Parent这两个handler做的是重复的工作，不过实际情况不是这样。由于fork会make一份进程地址空间的copy，所以parent和child是在释放各自的锁的copy