Linux 多线程编程( POSIX )( 一 )-----> 基础篇

转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_6dc9e4cf0100xc2m.html

1. 

所谓线程就是“一个进程内部的一个控制序列”。也就是一个进程内部的并行的基础！

2.    Linux进程可以看成只有一个控制线程：
      一个进程在同一时刻只做一件事情。有了多个控制线程以后，
      在程序设计时可以把进程设计成在同一时刻能够做不止一件事，
      每个线程处理各只独立的任务。即所谓并行！

3. 

    线程的优点：
          （1）通过为每种事件类型的处理分配单独的线程，能够简化处理异步时间的代码。
          （2）多个线程可以自动共享相同的存储地址空间和文件描述符。
          （3）有些问题可以通过将其分解从而改善整个程序的吞吐量。
          （4）交互的程序可以通过使用多线程实现相应时间的改善，多线程可以把程序中
               处理用户输入输出的部分与其它部分分开。

4. 

      线程的缺点：
         线程也有不足之处。编写多线程程序需要更全面更深入的思考。
         在一个多线程程序里，因时间分配上的细微偏差或者因共享了不该共享的
         变量而造成不良影响的可能性是很大的。调试一个多线程程序也
         比调试一个单线程程序困难得多。

5. 

   线程标识：
      我们已经知道进程有进程ID就是pid_t，那么线程也是有自己的ID的pthread_t数据类型！
      注意：实现的时候可以用一个结构来代表pthread_t数据类型，所以可以移植的操作系统
            不能把它作为整数处理。因此必须使用函数来对来对两个线程ID进行比较。
      
      >>>>>:      
      关于比较线程ID函数：
       #include<pthread.h>
       intpthread_equal(pthread_t tid1,pthread_t tid2 );
      注意：在线程中，线程ID的类型是pthread_t类型，由于在Linux下线程采用POSIX标准，
             所以，在不同的系统下，pthread_t的类型是不同的，比如在ubuntn下，是unsigned long类型，
             而在solaris系统中，是unsigned int类型。而在FreeBSD上才用的是结构题指针。
             所以不能直接使用==判读，而应该使用pthread_equal来判断。
      返回：非0值->相等；0->不等价    
            
      >>>>>:
      获取自身线程的id:
       #include<pthread.h>
       pthread_tpthread_self(void);            
      返回：调用线程的线程id      
      注意：在使用pthread_create(pthread_t *thread_id,NULL,void* (*fun) (void*),void * args);
             虽然第一个参数中已经保存了线程ID,但是，前提是主线程首先执行时，才能实现的，
             而如果不是，那么thread指向一个未初始化的变量。那么子线程想使用时，应该使用pthread_self();  

6. 

   线程的创建：
       #include<pthread.h>
       intpthread_create(pthread_t *restrict tidp,const pthread _attr_t*restrict attr,void *(*start_rtn)(void),void *restrictarg);         
      
       参数：
      　　   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
      
      返回成功时，由tidp指向的内存单元被设置为新创建线程的线程ID。attr参数用于制定各种不同的
      线程属性。新创建的线程从start_rtn函数的地址开始运行，该函数只有一个万能指针参数arg，如
      果需要向start_rtn函数传递的参数不止一个，那么需要把这些参数放到一个结构中，然后把这个
      结构的地址作为arg的参数传入。       
            
      注意：restrict修饰，
      pthread_join
       运行：
      在编译时注意加上-lpthread参数，以调用静态链接库。因为pthread并非Linux系统的默认库
      if不加上就会报错:undefined reference to `pthread_create'。

7. 

    线程的终止与等待：
      线程是依进程而存在的，当进程终止时，线程也就终止了。当然也有在不终止整个进程的情况下停止它的控制流。
      <1>. 线程从启动例程中返回，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>. 线程退出调用pthread_exit.
       #include<pthread.h>
       voidpthread_exit( void * rval_ptr);      
      
       rval_ptr是一个无类型指针，与传给启动例程的单个参数类似。
      进程中的其他线程可以调用pthread_join函数访问到这个指针。
      
      pthread_join:获得进程的终止状态。
      
       intpthread_join( pthread_t thread, void ** rval_ptr );
      若成功返回0，否则返回错误编号。
      调用pthread_join进程将一直阻塞，直到指定的线程调用pthread_exit,从启动例程中或者被取消。
      如果线程只是从它的启动历程返回，rval_ptr将包含返回码。

8. 

   pthread_detach：使线程进入分离状态
      
       intpthread_detach( pthread_t tid );
      若成功则返回0，否则返回错误编号。
      注意：默认情况下是pthread_join等待线程的结束，并可以获得结束时的状态！
            如果线程已经处于分离状态，线程的底层存储资源可以在线程终止时立即被收回。
            当线程被分离时，并不能用pthread_join函数等待它的终止状态。
      
9.    pthread_cancel：取消同一进程中的其他线程(注意是取消其他线程)
      
       intpthread_cancel(pthread_t tid);
      若成功返回0，否则返回错误编号。
      注意：pthread_cancel并不等待线程终止，它仅仅提出请求。是否真的执行还看目标线程的
            state和type的设置了！
      
10.  pthread_cleanup_push 和pthread_cleanup_pop：线程清理处理程序      
      
       voidpthread_cleanup_push( void ( * rtn ) ( void * )，void *arg );
       voidpthread_cleanup_pop( int exe );
       参数：
            rtn：  处理程序入口地址
             arg：传递给处理函数的参数
      线程可以安排它退出时需要调用的函数，这样的函数称为线程清理处理程序，线程可以建立多个清理处理程序。
      注意：此处是使用栈保存的，所以是先进后处理原则！
            如果线程是通过从启动例程中返回而终止的，它的处理程序就不会调用。

 

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      ATTENTION:
                  pthread_cleanup_push注册一个回调函数，如果你的线程在对应的pthread_cleanup_pop
                  之前异常退出(return是正常退出，其他是异常)，那么系统就会执行这个回调函数(回调函
                  数要做什么你自己决定)。但是如果在pthread_cleanup_pop之前没有异常退出，
                  pthread_cleanup_pop就把对应的回调函数取消了，
      
       所以请注意：
            只有在“清理函数”的设置和取消之间有异常的退出，才会调用我们设置的“清理函数”。
            否则是不会输出的！
            一般的触发条件是：在之间有pthread_exit(非正常退出)；或者有取消点时候！
            
       关于“取消点” (cancellation point ):
            例如执行下面代码：
                            printf("sleep\n");
                            sleep(10);
                             printf("wake \n");
      在sleep函数中，线程睡眠，结果收到cancel信号，这时候线程从sleep中醒来，但是线程不会立刻退出。
      >>>>>:      
            函数：pthread_testcancel()：
            描述：函数在运行的线程中创建一个取消点，如果cancellation无效则此函数不起作用。
            
            pthread的建议是：如果一个函数是阻塞的，那么你必须在这个函数前后建立 “ 取消点 ”, 比如：
                            printf("sleep\n");
                           pthread_testcancel();
                            sleep(10);
                            pthread_testcancel();
                             printf("wake \n");
            在执行到pthread_testcancel的位置时，线程才可能响应cancel退出进程。
            
            对于一些函数来说本身就是有cancellation point 的，那么可以不管，但是大部分还是没有的，
            所以要使用pthread_testcancel来设置一个取消点，那么也并不是对于所有的函数都是有效的，
            对于有延时的函数才是有效的，更清楚的说是有时间让pthread_cancel响应才是OK的！
            
       附加：
            POSIX中的函数cancellation点的:
            pthread_join
            pthread_cond_wait
            thread_cond_timewait
            pthread_testcancel
            sem_wait
            sigwait       都是cancellation点.
            下面的这些系统函数也是cancellation点:
             accept
             fcntl
             open
             read
             write
             lseek
             close
             send
            sendmsg
             sendto
            connect
             recv
            recvfrom
            recvmsg
             system
            tcdrain
             fsync
             msync
             pause
             wait
            waitpid
            nanosleep
 
            其它的一些函数如果调用了上面的函数, 那么, 它们也是cancellation点.
             intpthread_setcancelstate (int STATE, int *OLDSTATE);
            用于允许或禁止处理cancellation,
            STATE可以是:PTHREAD_CANCEL_ENABLE， PTHREAD_CANCEL_DISABLE

             intpthread_setcanceltype (int TYPE, int *OLDTYPE);
            设置如何处理cancellation, 异步的还是推迟的.
            TYPE可以是:PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS， PTHREAD_CANCEL_DEFERRED
               
      >>>>         
      摘录：http://blogt.chinaunix.net/space.php?uid=23381466&do=blog&id=58787

            什么是取消点（cancelation point）？

            资料中说，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();

            我发现，对于C库函数来说，几乎可以使线程挂起的函数都会响应CANCEL信号，终止线程，
            包括sleep、delay等延时函数。      
               
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11.      
       #include<pthread.h>
       intpthread_setcancelstate( int state, int* oldstate );

       描述：
      pthread_setcancelstate()f函数设置线程取消状态为state，并且返回前一个取消点状态oldstate。
      取消点有如下状态值：
      PTHREAD_CANCEL_DISABLE：取消请求保持等待，默认值。
      PTHREAD_CANCEL_ENABLE：取消请求依据取消类型执行；参考pthread_setcanceltype()。
      
       参数：
       state：新取消状态。
       oldstate：指向本函数所存储的原取消状态的指针。

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////   
   
       #include<pthread.h>
       intpthread_setcanceltype( int type, int* oldtype );

       描述：
      pthread_setcanceltype()函数设置运行线程的取消类型为type，并且返回原取消类型与oldtype。
      
       取消类型值：
　　 PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS：如果取消有效，新的或者是等待的取消请求会立即执行。
　　 PTHREAD_CANCEL_DEFERRED：如果取消有效，在遇到下一个取消点之前，取消请求会保持等待，默认值。
　　 注意if没有取消点，那么陷入死锁！！！
      注意：标注POSIX和C库的调用不是异步取消安全地。

       参数：
       type：新取消类型
       oldtype：指向该函数所存储的原取消类型的指针。

   
12.   posix变量一次初始化问题：
      >>>>>:
      如果我们需要对一个posix变量静态的初始化，可使用的方法是用一个互斥量对该变量的初始话进行控制。
      但有时候我们需要对该变量进行动态初始化，pthread_once就会方便的多。
      
      pthread_once_t  once_control =PTHREAD_ONCE_INIT;
       intpthread_once( pthread_once_t *once_control, void( * init_routine )( void ) );
      参数：once_control        控制变量
            init_routine             初始化函数
      若成功返回0，若失败返回错误编号。
      pthread_once_t的变量是一个控制变量。控制变量必须使用PTHREAD_ONCE_INIT宏静态地初始化。
      
       pthread_once工作原理：
                           pthread_once函数首先检查控制变量，判断是否已经完成初始化，如果完成
                           就简单地返回；否则，pthread_once调用初始化函数，并且记录下初始化被完成。
                           如果在一个线程初始时，另外的线程调用pthread_once，则调用线程等待，直到
                           那个现成完成初始话返回。
       
13.   线程的私有数据：
      在进程内的所有线程共享相同的地址空间，任何声明为静态或外部的变量，或在进程堆声明的变量，
      都可以被进程所有的线程读写。那怎样才能使线程序拥有自己的私有数据呢。posix提供了一种方法，
       创建 " 线程键"。
       #include<pthread.h>
       intpthread_key_create(pthread_key *key,void(*destructor)(void*));
       参数：
      key            私有数据键
      destructor   清理函数参数
       ifdestructor 不为空，那么系统将调用这个函数来释放绑定在这个键上的内存块。
      
      这个函数常和函数pthread_once一起使用，为了让这个键只被创建一次。
      
14.    关于： "线程存储 "    
      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。表面上看起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。

       当然需要 “ 线程键”的参与！！！
      
       intpthread_setspecific(pthread_key_t key, const void*value);   //!> 存储特殊值(即自己单独需要的值)
       void*pthread_getspecific(pthread_key_tkey);               //!> 取出所存储的值