Linux TLS - pthread_setspcific

本文深入探讨线程存储的概念及其在多线程编程中的应用,通过实例展示了如何利用线程存储实现线程专属数据,解决全局变量共享问题。

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下面说一下线程中特有的线程存储, Thread Specific Data 。线程存储有什么用了?

大家都知道,在多线程程序中,所有线程共享程序中的变量。现在有一全局变量,所有线程都可以使用它,改变它的值。

而如果每个线程希望能单独拥有它,那么就需要使用线程存储了。表面上看来这是一个全局变量,所有线程都可以使用它,

而它的值在每一个线程中又是单独存储的。这就是线程存储的意义。


下面说一下线程存储的具体用法。

1. 创建一个类型为 pthread_key_t 类型的变量。

2. 调用 pthread_key_create() 来创建该变量。该函数有两个参数,第一个参数就是上面声明的 pthread_key_t 变量,第二个参数是一个清理函数,用来在线程释放该线程存储的时候被调用。该函数指针可以设成 NULL ,这样系统将调用默认的清理函数。

3. 当线程中需要存储特殊值的时候,可以调用 pthread_setspcific() 。该函数有两个参数,第一个为前面声明的 pthread_key_t 变量,第二个为 void* 变量,这样你可以存储任何类型的值。

4. 如果需要取出所存储的值,调用 pthread_getspecific() 。该函数的参数为前面提到的 pthread_key_t 变量,该函数返回 void * 类型的值。

下面是前面提到的函数的原型:

int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value);

void *pthread_getspecific(pthread_key_t key);

int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destructor)(void*));

下面是一个如何使用线程存储的例子:



#include <malloc.h>

#include <pthread.h>

#include <stdio.h>

/* The key used to associate a log file pointer with each thread. */

static pthread_key_t thread_log_key;

/* Write MESSAGE to the log file for the current thread. */

void write_to_thread_log (const char* message)

{
 FILE* thread_log = (FILE*) pthread_getspecific (thread_log_key);

 fprintf (thread_log, “%s\n”, message);
}

/* Close the log file pointer THREAD_LOG. */

void close_thread_log (void* thread_log)

{
 fclose ((FILE*) thread_log); 
}

void* thread_function (void* args)

{
 char thread_log_filename[20];

 FILE* thread_log;

 /* Generate the filename for this thread’s log file. */

 sprintf (thread_log_filename, “thread%d.log”, (int) pthread_self ());

 /* Open the log file. */

 thread_log = fopen (thread_log_filename, “w”);

 /* Store the file pointer in thread-specific data under thread_log_key. */

 pthread_setspecific (thread_log_key, thread_log);

 write_to_thread_log (“Thread starting.”);

 /* Do work here... */

 return NULL;
}

int main ()

{

 int i;

 pthread_t threads[5];

 /* Create a key to associate thread log file pointers in

 thread-specific data. Use close_thread_log to clean up the file

 pointers. */

 pthread_key_create (&thread_log_key, close_thread_log);

 /* Create threads to do the work. */

 for (i = 0; i < 5; ++i)

  pthread_create (&(threads[i]), NULL, thread_function, NULL);

 /* Wait for all threads to finish. */

 for (i = 0; i < 5; ++i)

  pthread_join (threads[i], NULL);

 return 0;


<think>好的,我需要回答用户关于Linux内核中pthread_create接口的用法和实现细节的问题。首先,用户提到了几个引用来源,我需要结合这些引用内容来构建回答。 根据引用[1],pthread_create函数的原型和编译选项已经给出,这说明用户可能对基本用法感兴趣。我需要先解释函数的参数,比如thread指针、attr属性、start_routine和arg。然后,编译时需要链接-pthread库,这部分要强调。 接着,用户可能想知道实现细节。但注意到Linux内核本身并不直接提供pthread_create,而是由glibc的NPTL(Native POSIX Threads Library)实现的。内核提供的是底层的clone系统调用,用于创建线程。这里需要区分用户空间库和内核功能的区别,避免混淆。 引用[2]提到了pthread_cond_wait和编译命令,这可能涉及到线程同步机制,但用户的问题是关于线程创建,所以可能暂时不需要深入这部分,但可以提到线程创建后的同步机制依赖于内核提供的futex等机制。 引用[3]讨论了信号量的实现,可能与线程同步相关,但同样,重点应放在pthread_create的实现上。需要说明用户空间的线程库如何利用内核机制,比如clone系统调用来创建线程,并管理线程的栈、调度等。 在回答中,需要结构清晰,分用法和实现细节两部分。用法部分包括函数参数、返回值、编译选项。实现细节部分解释glibc如何通过clone创建线程,内核的角色,以及线程本地存储和调度等内容。同时,要指出内核本身没有pthread_create函数,而是用户空间的实现。 还需要生成相关问题,比如线程与进程的区别,clone系统调用的作用,NPTL的作用,以及线程同步机制等。这些问题需要自然关联到回答的内容,帮助用户深入理解。 最后,确保使用中文,数学公式正确应用,引用标识正确添加。检查是否有错漏,比如参数说明是否正确,编译命令是否准确,实现细节是否准确区分用户空间和内核部分。</think>### Linux 内核中 `pthread_create` 接口的用法与实现细节 #### 1. 接口用法 `pthread_create` 是 POSIX 线程库提供的接口,用于创建新线程。其函数原型如下(引用自 [^1]): ```c #include <pthread.h> int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg); ``` - **参数说明**: - `thread`:指向线程标识符的指针。 - `attr`:线程属性(如栈大小、调度策略),若为 `NULL` 则使用默认属性。 - `start_routine`:线程入口函数,接收 `void*` 参数并返回 `void*`。 - `arg`:传递给入口函数的参数。 - **返回值**:成功返回 `0`,失败返回错误码。 - **编译选项**:需添加 `-pthread` 标志(例如 `gcc code.c -lpthread`)[^2]。 #### 2. 实现细节 Linux 内核本身**不直接实现** `pthread_create`,而是通过用户态线程库(如 glibc 的 NPTL)结合内核系统调用完成。以下是关键实现步骤: 1. **用户空间库(glibc)**: - 调用 `clone()` 系统调用创建轻量级进程(LWP),共享地址空间、文件描述符等资源。 - 设置线程栈空间和线程本地存储(TLS)。 - 管理线程调度和同步(如互斥锁、条件变量,依赖内核的 `futex` 机制)[^3]。 2. **内核层**: - `clone()` 系统调用负责创建新线程,通过参数控制资源共享(如 `CLONE_VM` 共享内存空间)。 - 内核调度器将线程视为独立调度实体(与进程同级),通过 CFS 等算法分配 CPU 时间片。 3. **线程同步**: - 条件变量(`pthread_cond_wait`)和互斥锁依赖内核的等待队列和原子操作,避免竞争条件[^2][^3]。 #### 3. 示例代码 ```c #include <pthread.h> #include <stdio.h> void* thread_func(void* arg) { printf("Thread ID: %ld\n", (long)pthread_self()); return NULL; } int main() { pthread_t tid; pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL); pthread_join(tid, NULL); return 0; } ``` 编译命令: ```bash gcc test.c -lpthread && ./a.out ``` #### 4. 注意事项 - 线程安全:共享资源需通过同步机制(如互斥锁)保护。 - 资源释放:线程退出后需调用 `pthread_join` 或 `pthread_detach` 避免内存泄漏。 --- §§ 1. Linux 中线程与进程的根本区别是什么? 2. `clone()` 系统调用在创建线程时的具体参数作用? 3. 什么是 NPTL(Native POSIX Threads Library)?它对线程性能有何优化? 4. 如何通过 `pthread_cond_signal` 和 `pthread_cond_wait` 实现线程同步? : POSIX 线程创建接口定义及编译要求 : 线程同步机制与条件变量的实现细节 [^3]: 信号量操作与内核同步原语的关系
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