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Linux下多線程編程（C語言）
Linux下多線程編程（C語言）2.6內核開始使用NPTL(Native POSIX Thread Library)線程庫，這個線程庫有以下幾個目標： POSIX兼容，都處理結果和應用，底啟動開銷，低鏈接開銷，與Linux Thread應用的二進製兼容，軟硬件的可擴展能力，與C++集成等。
這裏的線程是指用戶空間的線程操作
一、線程相關操作
1.1 pthread_t
pthread_t 在頭文件 /usr/include/i386-linux-gnu/bits/pthreadtypes.h中定義：
typedef unsigned long int pthread_t;
它是一個線程的標識符(線程ID)。
1.2 pthread_create
用來創建一個線程，它的原型為：
extern int pthread_create __P ((pthread_t *__thread, __const pthread_attr_t *__attr,void *(*__start_routine) (void *), void *__arg));
（1）、第一個參數為指向線程標識符的指針（線程ID），第二個參數用來設置線程屬性，第三個參數是線程運行函數的起始地址，最後一個參數是運行函數的參數。
（2）、若函數線程運行函數thread不需要參數，則最後一個參數應設為空指針。
（3）、第二個參數選擇設為空指針，則將生成默認屬性的線程。(可以對其屬性進行設定和修改)
（4）、當創建線程成功時，函數返回0，若不為0則說明創建線程失敗。
常見的錯誤返回代碼為EAGAIN和EINVAL。
EAGAIN表示係統限製創建新的線程，例如線程數目過多了；
EINVAL表示第二個參數代表的線程屬性值非法。
（5）創建線程成功後，新創建的線程則運行參數三和參數四確定的函數，原來的線程則繼續運行下一行代碼。
（6）attr: 線程屬性包括：優先級、初始棧大小，是否應該成為一個守護線程。
缺省設置，NULL
tidp是要創建的線程，創建成功後tipd為先線程的id
void *(* func) (void *)是一個函數指針，該函數指針的類型為void* (*)(void *)
1.3 pthread_join 和 pthread_exit
線程退出的三種方式：
（1） 在線程創建以後，就開始運行相關的線程函數，在該線程函數運行完之後，該線程也就退出了。這是線程退出的一種方法: 運行完畢，自動退出;
（2） 調用pthread_exit函數主動退出;
（3） 進程終止函數exit函數，一旦結束了進程，那麼此進程中所有線程都將無條件終止。
注意點：在默認線程屬性下，如果一個進程有很多線程在同時運行，一個線程在退出以後，當前線程所占用的資源並不會隨著線程的終止而得到釋放。因為所有處在一個進程中的線程共享資源。
線程中還有一個常用函數：pthread_join函數可以用於將當前線程掛起，，等待其他線程結束。實際上，這個函數是就是一個線程阻塞函數，調用它的函數將一直等待到被等待的線程結束為止。當函數返回時，被等待線程的資源就被回收。
extern int pthread_join __P ((pthread_t __th, void **__thread_return));
th: 等待線程的標識符
thread_return:用戶定義的指針，用來存儲被等待線程的返回值（不為NULL時）
成功：0
void pthread_exit(void *retval)
retval：調用者線程的返回值，可由其他函數如pthread_join來檢索獲取。
1.4 互斥鎖相關
互斥鎖用來保證一段時間內隻有一個線程在執行一段代碼。
必須被初始化為PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER（用於靜態分配的mutex，等價於 pthread_mutex_init(…, NULL)）或者調用pthread_mutex_init。Mutex也應該用pthread_mutex_destroy來銷毀。
(1) pthread_mutex_init
函 數pthread_mutex_init用來生成一個互斥鎖。NULL參數表明使用默認屬性。
(2) pthread_mutex_lock pthread_mutex_unlock pthread_delay_np
pthread_mutex_lock表示開始用互斥鎖上鎖，此後的代碼直至調用pthread_mutex_unlock為止，均被上鎖，即同一時間隻 能被一個線程調用執行。當一個線程執行到pthread_mutex_lock處時，如果該鎖此時被另一個線程使用，那此線程被阻塞，即程序將等待到另一 個線程釋放此互斥鎖。
(3) sleep是為了讓線程睡眠一段時間，讓線程釋放互斥鎖，等待另一個線程使用此鎖。
1.5取消一個線程
1.5.1 int pthread_cancel(pthread_t thread);
thread:線程的標識符 成功：0
1.5.2 在取消線形程請求的接收端，線程可以用pthread_setcancelstate設置自己的取消狀態，
int pthread_setcancelstate(int state,int *oldstate);(是否接受取消的請求)
state:可以是PTHREAD_CANCEL_ENABLE，這個值允許線程接收取消請求；還可以是PTHREAD_CANCEL_DISABLE,它的作用是屏幕它們。
線程以前的取消狀態可以用oldstate指針檢索出來。如果沒興趣可以傳一個NULL進去。
1.5.3 如果取消請求被接受了，線程會進入第二個控製層次----用pthread_setcanceltype設置取消類型。
int pthread_setcanceltype(int type,int *oldstate);
type:可以有兩種取值：
（1）一個是PTHREAD_CANCEL_ASYNCHORONOUS，接收到取消請求之後立刻采取行動；
（2）另一個是 PTHREAD_CANCEL_DEFERRED，在接收到取消請求之後、采取實際行動之前，先執行以下幾個函數之一：pthread_join、 pthread_cond_wait、pthread_cond_timewait、pthread_testcancel、sem_wait或 sigwait。
成功：0
1.6 獲取線程自身的id
pthread_t pthread_self(void);
1.7線程清理處理程序
void pthread_clean_push(void (*rtn)(void *),void *arg)
void pthread_clean_pop(iny excute)
清理函數的調用順序是由pthread_clean_push函數安排的。
它在下列幾種情況下執行:
1.調用pthread_exit時
2.響應取消請求時
3.用非零execute參數調用pthread_clean_pop時
如果execute參數為0，清理函數將不被調用。無論何種情況，pthread_clean_pop都將刪除上次pthread_clean_push建立的清理處理程序。
如果線程使用return從例程返回，那麼pthread_clean_push建立的清理處理程序不會被執行。
1.8 讀寫鎖：Reader-Writer Locks
1.8.1 多個線程可以同時獲得讀鎖(Reader-Writer lock in read mode)，但是隻有一個線程能夠獲得寫鎖(Reader-writer lock in write mode)
1.8.2 讀寫鎖有三種狀態
(1).一個或者多個線程獲得讀鎖，其他線程無法獲得寫鎖
(2)一個線程獲得寫鎖，其他線程無法獲得讀鎖
(3).沒有線程獲得此讀寫鎖
1.8.3類型為pthread_rwlock_t
1.8.4創建和關閉讀寫鎖
int pthread_rwlock_init( pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr)
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
pthread_rwlock_rdlock：獲得讀鎖
pthread_rwlock_wrlock：獲得寫鎖
pthread_rwlock_unlock：釋放鎖，不管是讀鎖還是寫鎖都是調用此函數
注意具體 實現可能對同時獲得讀鎖的線程個數有限製，所以在調用 pthread_rwlock_rdlock的時候需要檢查錯誤值，而另外兩個pthread_rwlock_wrlock和 pthread_rwlock_unlock則一般不用檢查，如果我們代碼寫的正確的話。
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
1.8.4 Conditional Variable：條件
a. 條件必須被Mutex保護起來
b. 類型為：pthread_cond_t，必須被初始化為PTHREAD_COND_INITIALIZER（用於靜態分配的條件，等價於pthread_cond_init(…, NULL)）或者調用pthread_cond_init
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condxattr_t *restrict attr)
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
c. pthread_cond_wait 函數用於等待條件發生（=true）。pthread_cond_timedwait類似，隻是當等待超時的時候返回一個錯誤值ETIMEDOUT。超時 的時間用timespec結構指定。此外，兩個函數都需要傳入一個Mutex用於保護條件
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);
d. timespec結構定義如下：
struct timespec {
time_t tv_sec; /* seconds */
long tv_nsec; /* nanoseconds */
};
注意timespec的時間是絕對時間而非相對時間，因此需要先調用gettimeofday函數獲得當前時間，再轉換成timespec結構，加上偏移量。
e. 有兩個函數用於通知線程條件被滿足（=true）：
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
兩者的區別是前者會喚醒單個線程，而後者會喚醒多個線程。
1.9 (????????????????????????)
int pthread_detach(pthread_t tid);
線程或者是可匯合的 （joinable）或者是脫離的（detached）。當可匯合的線程終止時，其線程ID和退出狀態將保留，直到另外一個線程調用 pthread_join。脫離的線程則像守護進程：當它終止時，所有的資源都釋放，我們不能等待它終止。如果一個線程需要知道另一個線程什麼時候終止， 最好保留第二個線程的可匯合性。pthread_detach函數將指定的線程變為脫離的。該函數通常被想脫離自己的線程調用，如：pthread_detach (pthread_self ( ));
1.10
線程安全：概念比較直觀。一般說來，一個函數被稱為線程安全的，當且僅當被多個並發線程反複調用時，它會一直產生正確的結果。
可重入：概念基本沒有比較正式的完整解釋，但是它比線程安全要求更嚴格。根據經驗，所謂“重入”，常見的情況是，程序執行到某個函數foo()時，收到信號，於是暫停目前正在執行的函數，轉到信號處理函數，而這個信號處理函數的執行過程中，又恰恰也會進入到剛剛執行的函數foo()，這樣便發生了所謂的重入。此時如果foo()能夠正確的運行，而且處理完成後，之前暫停的foo()也能夠正確運行，則說明它是可重入的。
線程安全的條件：
要 確保函數線程安全，主要需要考慮的是線程之間的共享變量。屬於同一進程的不同線程會共享進程內存空間中的全局區和堆，而私有的線程空間則主要包括棧和寄存 器。因此，對於同一進程的不同線程來說，每個線程的局部變量都是私有的，而全局變量、局部靜態變量、分配於堆的變量都是共享的。在對這些共享變量進行訪問 時，如果要保證線程安全，則必須通過加鎖的方式。
可重入的判斷條件：
要確保函數可重入，需滿足一下幾個條件：
1、不在函數內部使用靜態或全局數據
2、不返回靜態或全局數據，所有數據都由函數的調用者提供。
3、使用本地數據，或者通過製作全局數據的本地拷貝來保護全局數據。
4、不調用不可重入函數。
可重入與線程安全並不等同，一般說來，可重入的函數一定是線程安全的，但反過來不一定成立。
比如：strtok函數是既不可重入的，也不是線程安全的；加鎖的strtok不是可重入的，但線程安全；而strtok_r既是可重入的，也是線程安全的。
最後更新：2017-04-02 15:28:25