pthread_create用法

本文介绍在Linux环境下使用C语言开发多线程程序的基础知识,包括pthread库的基本使用方法,线程创建与取消的相关API,以及如何正确处理线程间的同步问题。

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linux下用C开发多线程程序,Linux系统下的多线程遵循POSIX线程接口,称为pthread。

#include <pthread.h>

int pthread_create(pthread_t *restrict tidp ,
const pthread_attr_t *restrict attr ,
void *(*start_rtn )(void),
void *restrict arg );

Returns: 0 if OK, error number on failure

C99 中新增加了 restrict 修饰的指针: 由 restrict 修饰的指针是最初唯一对指针所指向的对象进行存取的方法,仅当第二个指针基于第一个时,才能对对象进行存取。对对象的存取都限定于基于由 restrict 修饰的指针表达式中。 由 restrict 修饰的指针主要用于函数形参,或指向由 malloc() 分配的内存空间。restrict 数据类型不改变程序的语义。 编译器能通过作出 restrict 修饰的指针是存取对象的唯一方法的假设,更好地优化某些类型的例程。

第一个参数为指向线程标识符的指针。
第二个参数用来设置线程属性。
第三个参数是线程运行函数的起始地址。
最后一个参数是运行函数的参数。

下面这个程序中,我们的函数thr_fn 不 需要参数,所以最后一个参数设为空指针。第二个参数我们也设为空指针,这样将生成默认属性的线程。当创建线程成功时,函数返回0,若不为0则说明创建线程 失败,常见的错误返回代码为EAGAIN和EINVAL。前者表示系统限制创建新的线程,例如线程数目过多了;后者表示第二个参数代表的线程属性值非法。 创建线程成功后,新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数,原来的线程则继续运行下一行代码。

# include < stdio. h>
# include < pthread. h
>
# include < string. h >
#
include < sys/types. h
>
#
include < unistd. h>


pthread_t ntid;

void printids( const char * s) {
pid_t pid;
pthread_t tid;

pid = getpid( ) ;
tid = pthread_self( ) ;
printf ( "%s pid %u tid %u (0x%x)/n" , s, ( unsigned int ) pid, ( unsigned int ) tid, ( unsigned
int
) tid) ;
}

void * thr_fn( void * arg ) {
printids( "new thread:" ) ;
return ( ( void * ) 0) ;
}

int main( ) {
int err;

err = pthread_create ( & ntid, NULL , thr_fn, NULL ) ;
if ( err ! = 0)
{
printf ( "can't create thread: %s/n" , strerror(err)) ;
return 1;
}

printids( "main thread:" ) ;
sleep ( 1) ;
return 0;
}

把APUE2上的一个程序修改一下,然后编译。
结果报错:
pthread.c:(.text+0x85):对‘pthread_create’未定义的引用


由于pthread库不是Linux系统默认的库,连接时需要使用库libpthread.a,所以在使用pthread_create创建线程时,在编译中要加-lpthread参数:
gcc -o pthread -lpthread pthread.c

 

 

这是一个关于Posix线程编程的专栏。作者在阐明概念的基础上,将向您详细讲述Posix线程库API。本文是第一篇将向您讲述线程的创建与取消。

 

一、线程创建

 

1.1 线程与进程
相对进程而言,线程是一个更加接近于执行体的概念,它可以与同进程中的其他线程共享数据,但拥有自己的栈空间,拥有独立的执行序列。在串行程序基础上引入线程和进程是为了提高程序的并发度,从而提高程序运行效率和响应时间。

 

线程和进程在使用上各有优缺点:线程执行开销小,但不利于资源的管理和保护;而进程正相反。同时,线程适合于在SMP机器上运行,而进程则可以跨机器迁移。

 

1.2 创建线程
POSIX通过pthread_create()函数创建线程,API定义如下:


int   pthread_create(pthread_t   *   thread, pthread_attr_t * attr, 

void * (*start_routine)(void *), void * arg)

与fork()调用创建一个进程的方法不同,pthread_create()创建的线程并不具备与主线程(即调用 pthread_create()的线程)同样的执行序列,而是使其运行start_routine(arg)函数。thread返回创建的线程ID,而 attr是创建线程时设置的线程属性(见下)。pthread_create()的返回值表示线程创建是否成功。尽管arg是void *类型的变量,但它同样可以作为任意类型的参数传给start_routine()函数;同时,start_routine()可以返回一个void *类型的返回值,而这个返回值也可以是其他类型,并由pthread_join()获取。

1.3 线程创建属性
pthread_create()中的attr参数是一个结构指针,结构中的元素分别对应着新线程的运行属性,主要包括以下几项:

 

__detachstate,表示新线程是否与进程中其他线程脱离同步,如果置位则新线程不能用pthread_join()来同步,且在退出时自 行释放所占用的资源。缺省为PTHREAD_CREATE_JOINABLE状态。这个属性也可以在线程创建并运行以后用 pthread_detach()来设置,而一旦设置为PTHREAD_CREATE_DETACH状态(不论是创建时设置还是运行时设置)则不能再恢复 到 PTHREAD_CREATE_JOINABLE状态。

 

__schedpolicy,表示新线程的调度策略,主要包括SCHED_OTHER(正常、非实时)、SCHED_RR(实时、轮转法)和 SCHED_FIFO(实时、先入先出)三种,缺省为SCHED_OTHER,后两种调度策略仅对超级用户有效。运行时可以用过 pthread_setschedparam()来改变。

 

__schedparam,一个struct sched_param结构,目前仅有一个sched_priority整型变量表示线程的运行优先级。这个参数仅当调度策略为实时(即SCHED_RR 或SCHED_FIFO)时才有效,并可以在运行时通过pthread_setschedparam()函数来改变,缺省为0。

 

__inheritsched,有两种值可供选择:PTHREAD_EXPLICIT_SCHED和PTHREAD_INHERIT_SCHED, 前者表示新线程使用显式指定调度策略和调度参数(即attr中的值),而后者表示继承调用者线程的值。缺省为 PTHREAD_EXPLICIT_SCHED。

 

__scope,表示线程间竞争CPU的范围,也就是说线程优先级的有效范围。POSIX的标准中定义了两个值: PTHREAD_SCOPE_SYSTEM和PTHREAD_SCOPE_PROCESS,前者表示与系统中所有线程一起竞争CPU时间,后者表示仅与同 进程中的线程竞争CPU。目前LinuxThreads仅实现了PTHREAD_SCOPE_SYSTEM一值。

 

pthread_attr_t结构中还有一些值,但不使用pthread_create()来设置。

 

为了设置这些属性,POSIX定义了一系列属性设置函数,包括pthread_attr_init()、pthread_attr_destroy()和与各个属性相关的pthread_attr_get---/pthread_attr_set---函数。

 

1.4 线程创建的Linux实现
我们知道,Linux的线程实现是在核外进行的,核内提供的是创建进程的接口do_fork()。内核提供了两个系统调用__clone()和fork (),最终都用不同的参数调用do_fork()核内API。当然,要想实现线程,没有核心对多进程(其实是轻量级进程)共享数据段的支持是不行的,因 此,do_fork()提供了很多参数,包括CLONE_VM(共享内存空间)、CLONE_FS(共享文件系统信息)、CLONE_FILES(共享文 件描述符表)、CLONE_SIGHAND(共享信号句柄表)和CLONE_PID(共享进程ID,仅对核内进程,即0号进程有效)。当使用fork系统 调用时,内核调用do_fork()不使用任何共享属性,进程拥有独立的运行环境,而使用pthread_create()来创建线程时,则最终设置了所 有这些属性来调用__clone(),而这些参数又全部传给核内的do_fork(),从而创建的"进程"拥有共享的运行环境,只有栈是独立的,由 __clone()传入。

 

Linux线程在核内是以轻量级进程的形式存在的,拥有独立的进程表项,而所有的创建、同步、删除等操作都在核外pthread库中进行。 pthread 库使用一个管理线程(__pthread_manager(),每个进程独立且唯一)来管理线程的创建和终止,为线程分配线程ID,发送线程相关的信号 (比如Cancel),而主线程(pthread_create())的调用者则通过管道将请求信息传给管理线程。

 

二、线程取消

 

2.1 线程取消的定义
一般情况下,线程在其主体函数退出的时候会自动终止,但同时也可以因为接收到另一个线程发来的终止(取消)请求而强制终止。

 

2.2 线程取消的语义
线程取消的方法是向目标线程发Cancel信号,但如何处理Cancel信号则由目标线程自己决定,或者忽略、或者立即终止、或者继续运行至Cancelation-point(取消点),由不同的Cancelation状态决定。

 

线程接收到CANCEL信号的缺省处理(即pthread_create()创建线程的缺省状态)是继续运行至取消点,也就是说设置一个CANCELED状态,线程继续运行,只有运行至Cancelation-point的时候才会退出。

 

2.3 取消点
根据POSIX标准,pthread_join()、pthread_testcancel()、pthread_cond_wait()、 pthread_cond_timedwait()、sem_wait()、sigwait()等函数以及read()、write()等会引起阻塞的系 统调用都是Cancelation-point,而其他pthread函数都不会引起Cancelation动作。但是pthread_cancel的手 册页声称,由于LinuxThread库与C库结合得不好,因而目前C库函数都不是Cancelation-point;但CANCEL信号会使线程从阻 塞的系统调用中退出,并置EINTR错误码,因此可以在需要作为Cancelation-point的系统调用前后调用 pthread_testcancel(),从而达到POSIX标准所要求的目标,即如下代码段:


pthread_testcancel();

     retcode = read(fd, buffer, length);

     pthread_testcancel();

2.4 程序设计方面的考虑
如果线程处于无限循环中,且循环体内没有执行至取消点的必然路径,则线程无法由外部其他线程的取消请求而终止。因此在这样的循环体的必经路径上应该加入pthread_testcancel()调用。

 

2.5 与线程取消相关的pthread函数
int pthread_cancel(pthread_t thread)
发送终止信号给thread线程,如果成功则返回0,否则为非0值。发送成功并不意味着thread会终止。

 

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate)
设置本线程对Cancel信号的反应,state有两种值:PTHREAD_CANCEL_ENABLE(缺省)和 PTHREAD_CANCEL_DISABLE,分别表示收到信号后设为CANCLED状态和忽略CANCEL信号继续运行;old_state如果不为 NULL则存入原来的Cancel状态以便恢复。

 

int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype)
设置本线程取消动作的执行时机,type由两种取值:PTHREAD_CANCEL_DEFFERED和 PTHREAD_CANCEL_ASYCHRONOUS,仅当Cancel状态为Enable时有效,分别表示收到信号后继续运行至下一个取消点再退出和 立即执行取消动作(退出);oldtype如果不为NULL则存入运来的取消动作类型值。

 

void pthread_testcancel(void)
检查本线程是否处于Canceld状态,如果是,则进行取消动作,否则直接返回。

<think>我们正在讨论pthread_create函数的用法和参数解释。根据用户的要求,我们需要使用中文回答,并遵循特定的格式要求(如行内数学表达式使用$...$,独立公式使用$$...$$等)。同时,我们需要生成相关问题,并在回答中引用段落末尾添加引用标识。 用户提供的引用内容: [^1]: 解释了pthread_attr_setdetachstate(), pthread_attr_setinheritsched(), pthread_attr_setscope()三个函数的作用,分别设置线程的分离状态、继承调度属性、作用域。 [^2]: 展示了一个使用pthread_create创建两个线程的示例程序,并说明了第四个参数用于传递参数。 用户问题:我想理解pthread_create函数的具体用法和参数含义。 因此,我们的回答将围绕pthread_create函数的四个参数进行详细解释,并给出示例代码。同时,我们将生成相关问题。 注意:由于问题不涉及数学表达式,因此我们在回答中可能不会使用数学公式,但如果有需要(例如讨论线程调度优先级等数值),我们会按照要求使用。 回答结构: 1. 函数介绍:简要说明pthread_create函数的作用。 2. 参数详解:分别解释四个参数的含义。 3. 示例代码:展示一个简单的多线程程序,并解释。 4. 注意事项:说明使用该函数时需要注意的一些问题。 5. 生成相关问题。 根据引用[^1]和[^2],我们可以知道: - 引用[^1]提到了线程属性设置函数,这些属性可以在创建线程时通过pthread_create的第二个参数(线程属性)来设置。 - 引用[^2]给出了一个使用pthread_create的示例,其中第四个参数用于传递线程函数的参数。 因此,我们在解释参数时会涉及线程属性(第二个参数)以及如何传递参数(第四个参数)。 开始回答:</think>### pthread_create 函数用法与参数详解 `pthread_create()` 是 POSIX 线程库中用于创建新线程的核心函数,其原型如下: ```c int pthread_create( pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void*), void *arg ); ``` #### 参数解析: 1. **`thread`**(输出参数) - 指向 `pthread_t` 类型变量的指针,用于存储新线程的标识符 - 后续可通过该标识符操作线程(如 `pthread_join()`) - 示例:`pthread_t th1; pthread_create(&th1, ...);` 2. **`attr`**(线程属性) - 指向 `pthread_attr_t` 结构的指针,定义线程属性: - 分离状态:`pthread_attr_setdetachstate()` 设置线程为可连接(`PTHREAD_CREATE_JOINABLE`)或分离(`PTHREAD_CREATE_DETACHED`)[^1] - 调度策略:`pthread_attr_setschedpolicy()` 设置优先级策略(如 `SCHED_FIFO`) - 作用域:`pthread_attr_setscope()` 指定系统级(`PTHREAD_SCOPE_SYSTEM`)或进程级(`PTHREAD_SCOPE_PROCESS`)调度[^1] - 若为 `NULL`,则使用默认属性(可连接、继承调用者调度策略) 3. **`start_routine`**(线程函数) - 函数指针,指向新线程执行的入口函数 - 函数格式必须为:`void* function_name(void* arg)` - 示例:`void* myfunc(void* args) { ... }` 4. **`arg`**(线程参数) - 传递给 `start_routine` 的泛型指针(`void*`) - 可传递任意类型数据(需在函数内强制转换) - 示例:传递字符串 `pthread_create(&th1, NULL, myfunc, "th1");`[^2] #### 返回值: - 成功返回 `0`,失败返回错误码(非 `errno`,需用 `strerror()` 解析) #### 基础示例: ```c #include <pthread.h> #include <stdio.h> void* print_id(void* arg) { char* name = (char*)arg; // 参数转换 printf("Thread %s is running\n", name); return NULL; } int main() { pthread_t th1, th2; // 创建两个线程 pthread_create(&th1, NULL, print_id, "Thread-1"); pthread_create(&th2, NULL, print_id, "Thread-2"); // 等待线程结束 pthread_join(th1, NULL); pthread_join(th2, NULL); return 0; } ``` #### 注意事项: 1. 线程参数的生命周期需确保在线程访问时有效(避免使用栈内存) 2. 默认创建的线程需显式调用 `pthread_join()` 回收资源 3. 编译时需链接线程库:`gcc program.c -lpthread`
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