UNIX环境高级编程——线程

线程包含了表示进程内执行环境必需的信息，其中包括进程中标示线程的线程ID、一组寄存器值、栈、调度优先级和策略、信号屏蔽字、errno变量以及线程私有数据。

进程的所有信息对该进程的所有线程都是共享的，包括可执行的程序文本、程序的全局内存和堆内存、栈以及文件描述符。

线程标识：

进程ID在整个系统中是唯一的，但线程ID不同，线程ID只在它所属的进程环境中有效。进程ID的数据结构为pid_t，线程ID的数据结构为pthread_t。

比较两个线程ID是否相等：

#include <pthread.h>
int pthread_equal(pthread_t tid1,pthread_t tid2);//返回值：若相等返回非0值，否则返回0

线程可以通过调用pthread_self函数获取自身的线程ID：

#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void); //返回值：调用线程的线程ID

线程的创建：

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *tidp,const pthread_attr_t *attr,void *(*start_rtn)(void *),void * arg);//返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号

当pthread_create成功返回时，由tidp指向的内存单元被设置为新创建线程的线程ID。attr参数用于定制各种不同的线程属性。若设置为NULL，表示创建默认属性的线程。

新创建的线程从start_rtn函数的地址开始运行，该函数只有一个无类型指针参数的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参数传入。
     线程创建时并不能保证哪个线程会先运行：是新创建的线程还是调用线程。新创建的线程可以访问进程地址空间，并且继承调用线程的浮点环境和信号屏蔽字，但是该线程的未决信号集被清除。
     每个线程都提供了errno的副本。

注意： pthread_create不是等待start_rtn函数运行完成后才返回的。一般情况下是pthread_create函数先返回，不过有时候start_rtn函数先运行完成后，pthread_create才返回。它们之间没有先后顺序。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.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 pthread_t = %u\n",s,(unsigned int)pid, (unsigned int)tid);
}

void* thr_fn(void * arg)
{
	printids("new pthread: ");
	return NULL;
}

int main(int argc,char **argv)
{
	int err;
	err = pthread_create(&ntid,NULL,thr_fn,NULL);
	if ( err != 0 )
	  perror("pthread_create");
    printids("main thread: ");
	sleep(1);
	exit(0);
}

运行结果：

huangcheng@ubuntu:~$ ./a.out
 new pthread ID = 3077581680
main thread:  pid = 2458 pthread_t = 3077584576
new pthread:  pid = 2458 pthread_t = 3077581680

注意在本例里，主线程把新线程ID存放在ntid中，但是新建的线程并不能安全的使用它，如果新线程在主线程调用pthread_create返回之前就运行了，那么新线程看到的是未经初始化的ntid的内容，这个内容并不是正确的线程ID。

线程终止：

如果进程中的任一线程调用了exit、_Exit或者_exit，那么整个进程就会终止。与此类似，如果信号的默认动作是终止进程，那么把该信号发送到线程会终止整个进程。
     单个线程可以通过下列三种方式退出，在不终止整个进程的情况下停止它的控制流：

• 线程只是从启动历程中返回，返回值是线程的退出码。
• 线程可以被同一进程中的其他线程取消。
• 线程调用pthread_exit.

注意：主线程调用pthread_exit也不会导致整个进程结束，其子线程还是继续运行。

#include <pthread.h>
void pthread_exit(void* rval_ptr);

rval_ptr是一个无类型的指针。进程中的其他线程可以通过调用pthread_join函数返回到这个指针。

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread,void **rval_ptr);//返回值：若成功则返回0 ，否则返回错误编号

调用线程将一直阻塞，直到指定的线程调用pthread_exit、从启动例程中返回或者被取消。
     如果线程只是从它的启动例程返回，rval_ptr将包含返回码。如果线程被取消，由rval_ptr指定的内存单元就置为PTHREAD_CANCELED。
     可以通过调用pthread_join自动把线程置于分离状态，这样资源就可以恢复。如果线程已经处于分离状态，pthread_join调用就会失败，返回EINVAL。

线程可以通过调用pthread_cancel函数来请求取消同一进程中的其他线程：

#include <pthread.h>
int pthread_cancel(pthread_t tif); // 返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号

在默认情况下，pthread_cancel函数会使得由tid标识的线程的行为表现为如同调用了参数为PTHREAD_CANCEL的pthread_exit函数，但是线程可以选择忽略取消方式或是控制取消方式。注意：pthread_cancel并不等待线程终止，它仅仅提出请求。

清理函数：

#include <pthread.h>
void pthread_cleanup_push(void (*rtn)(void*),void *arg);
void pthread_cleanup_pop(int execute);

线程可以安排它退出时需要调用的函数，这与进程可以用atexit函数安排进程退出需要调用的函数时类似的。这样的函数称为线程清理函数处理程序。线程可以建立多个清理处理程序。处理程序记录在栈中的，也就是说它们的执行顺序与它们注册时的顺序相反。

pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()采用先入后出的栈结构管理，void routine(void *arg)函数在调用pthread_cleanup_push()时压入清理函数栈，多次对pthread_cleanup_push() 的调用将在清理函数栈中形成一个函数链；从pthread_cleanup_push的调用点到pthread_cleanup_pop之间的程序段中的终止动作（包括调用pthread_exit()和异常终止，不包括return）都将执行pthread_cleanup_push()所指定的清理函数。
pthread_cleanup_push()函数执行压栈清理函数的操作，而pthread_cleanup_pop()函数执行从栈中删除清理函数的操作。

     注意pthread_cleanup_pop不管参数是零还是非零，都会从栈顶删除一个清理函数。
     在下面三种情况下，pthread_cleanup_push()压栈的“清理函数”会被调用，调用参数为arg，清理函数rtn的调用顺序是由pthread_cleanup_push函数来安排的。：

• 线程调用pthread_exit()函数，而不是直接return.
• 响应取消请求时，也就是有其它的线程对该线程调用pthread_cancel()函数。
• 本线程调用pthread_cleanup_pop()函数，并且其参数非0.

如果execute参数置为0，清理函数将不被调用。无论哪种情况即不管pthread_cleanup_pop的参数时零还是非零，pthread_cleanup_pop都将删除上次pthread_cleanup_push调用建立的清理处理程序，即删除清理函数链的栈顶。

pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()是以宏方式实现的，这是pthread.h中的宏定义：

#define pthread_cleanup_push(routine,arg) \
{
struct _pthread_cleanup_buffer _buffer; \
_pthread_cleanup_push (&_buffer, (routine), (arg));
#define pthread_cleanup_pop(execute) \
_pthread_cleanup_pop (&_buffer, (execute)); \
}

可见pthread_cleanup_push()带有一个"{"，而pthread_cleanup_pop()带有一个"}"，因此这两个函数必须成对出现，且必须位于程序的同一级别的代码段中才能通过编译。

注意：

• pthread_exit终止线程与线程直接return终止线程的区别。
• pthread_cleanup_push()函数与pthread_cleanup_pop()函数必须成对的出现在同一个函数中。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>

void cleanup(void *arg)
{
        printf("cleanup: %s\n", (char*) arg);
}

void *thr_fn1(void *arg)
{
        printf("thread 1 start\n");
        pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 1-1  handler");
        pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 1-2  handler");
        printf("thread 1 push complete\n");

        if (arg)
		   pthread_exit((void*) 1);
        pthread_cleanup_pop(0);
        pthread_cleanup_pop(1);

        return((void*) 10);
}

void *thr_fn2(void *arg)
{
        printf("thread 2 start\n");
        pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 2-1  handler");
        pthread_cleanup_push(cleanup, "thread 2-2  handler");
        printf("thread 2 push complete\n");

		pthread_cleanup_pop(0);
       // if (arg)
       //         return ((void*) 2);

        pthread_cleanup_pop(1);
        //pthread_exit((void*) 20);
		return ((void*) 20);
}

int main(void)
{
        int             err;
        pthread_t       tid1, tid2;
        void            *tret;

        err = pthread_create(&tid1, NULL, thr_fn1, (void*)1);
        if (err)
                fprintf(stderr, "can't create thread 1: %d\n", strerror(errno));        

        err = pthread_create(&tid2, NULL, thr_fn2, (void*)1);
        if (err)
                fprintf(stderr, "can't create thread 2: %d\n", strerror(errno));        

        err = pthread_join(tid1, &tret);
        if (err)
                fprintf(stderr, "can't join with thread 1: %d\n", strerror(errno));
        printf("thread 1 exit code %lu\n", (unsigned long) tret);

        err = pthread_join(tid2, &tret);
        if (err)
                fprintf(stderr, "can't join with thread 2: %d\n", strerror(errno));
        printf("thread 2 exit code %lu\n", (unsigned long) tret);

        exit(0);
}

运行结果：

huangcheng@ubuntu:~$ ./a.out
thread 2 start
thread 2 push complete
cleanup: thread 2-1  handler
thread 1 start
thread 1 push complete
cleanup: thread 1-2  handler
cleanup: thread 1-1  handler
thread 1 exit code 1
thread 2 exit code 20

     在默认情况下，线程的终止状态会保存到对该线程调用pthread_join，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等待它的终止状态。对分离状态的线程调用pthread_join会失败，返回EINVAL。

pthread_detach调用可以用于使线程进入分离状态：

#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t tid);//返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号

现在可以看出线程函数和进程函数之间的相似之处：