多線(xiàn)程編程之：Linux線(xiàn)程編程

這里要講的線(xiàn)程相關(guān)操作都是用戶(hù)空間中的線(xiàn)程的操作。在Linux中，一般pthread線(xiàn)程庫(kù)是一套通用的線(xiàn)程庫(kù)，是由POSIX提出的，因此具有很好的可移植性。

（1）函數(shù)說(shuō)明。

創(chuàng)建線(xiàn)程實(shí)際上就是確定調(diào)用該線(xiàn)程函數(shù)的入口點(diǎn)，這里通常使用的函數(shù)是pthread_create()。在線(xiàn)程創(chuàng)建以后，就開(kāi)始運(yùn)行相關(guān)的線(xiàn)程函數(shù)，在該函數(shù)運(yùn)行完之后，該線(xiàn)程也就退出了，這也是線(xiàn)程退出一種方法。另一種退出線(xiàn)程的方法是使用函數(shù)pthread_exit()，這是線(xiàn)程的主動(dòng)行為。這里要注意的是，在使用線(xiàn)程函數(shù)時(shí)，不能隨意使用exit()退出函數(shù)進(jìn)行出錯(cuò)處理，由于exit()的作用是使調(diào)用進(jìn)程終止，往往一個(gè)進(jìn)程包含多個(gè)線(xiàn)程，因此，在使用exit()之后，該進(jìn)程中的所有線(xiàn)程都終止了。因此，在線(xiàn)程中就可以使用pthread_exit()來(lái)代替進(jìn)程中的exit()。

由于一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線(xiàn)程是共享數(shù)據(jù)段的，因此通常在線(xiàn)程退出之后，退出線(xiàn)程所占用的資源并不會(huì)隨著線(xiàn)程的終止而得到釋放。正如進(jìn)程之間可以用wait()系統(tǒng)調(diào)用來(lái)同步終止并釋放資源一樣，線(xiàn)程之間也有類(lèi)似機(jī)制，那就是pthread_join()函數(shù)。pthread_join()可以用于將當(dāng)前線(xiàn)程掛起來(lái)等待線(xiàn)程的結(jié)束。這個(gè)函數(shù)是一個(gè)線(xiàn)程阻塞的函數(shù)，調(diào)用它的函數(shù)將一直等待到被等待的線(xiàn)程結(jié)束為止，當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，被等待線(xiàn)程的資源就被收回。

前面已提到線(xiàn)程調(diào)用pthread_exit()函數(shù)主動(dòng)終止自身線(xiàn)程。但是在很多線(xiàn)程應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)遇到在別的線(xiàn)程中要終止另一個(gè)線(xiàn)程的執(zhí)行的問(wèn)題。此時(shí)調(diào)用pthread_cancel()函數(shù)實(shí)現(xiàn)這種功能，但在被取消的線(xiàn)程的內(nèi)部需要調(diào)用pthread_setcancel()函數(shù)和pthread_setcanceltype()函數(shù)設(shè)置自己的取消狀態(tài)，例如被取消的線(xiàn)程接收到另一個(gè)線(xiàn)程的取消請(qǐng)求之后，是接受還是忽略這個(gè)請(qǐng)求；如果接受，是立刻進(jìn)行終止操作還是等待某個(gè)函數(shù)的調(diào)用等。

（2）函數(shù)格式。

表9.1列出了pthread_create()函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.1 pthread_create()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <pthread.h>

函數(shù)原型

int pthread_create ((pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr,
void *(*start_routine)(void *), void *arg))

函數(shù)傳入值

thread：線(xiàn)程標(biāo)識(shí)符

attr：線(xiàn)程屬性設(shè)置（其具體設(shè)置參見(jiàn)9.2.3小節(jié)），通常取為NULL

start_routine：線(xiàn)程函數(shù)的起始地址，是一個(gè)以指向void的指針作為參數(shù)和返回值的函數(shù)指針

arg：傳遞給start_routine的參數(shù)

函數(shù)返回值

成功：0

出錯(cuò)：返回錯(cuò)誤碼

表9.2列出了pthread_exit()函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.2 pthread_exit()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <pthread.h>

函數(shù)原型

void pthread_exit(void *retval)

函數(shù)傳入值

retval：線(xiàn)程結(jié)束時(shí)的返回值，可由其他函數(shù)如pthread_join()來(lái)獲取

表9.3列出了pthread_join()函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.3 pthread_join()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <pthread.h>

函數(shù)原型

int pthread_join ((pthread_t th, void **thread_return))

函數(shù)傳入值

th：等待線(xiàn)程的標(biāo)識(shí)符

thread_return：用戶(hù)定義的指針，用來(lái)存儲(chǔ)被等待線(xiàn)程結(jié)束時(shí)的返回值（不為NULL時(shí)）

函數(shù)返回值

成功：0

出錯(cuò)：返回錯(cuò)誤碼

表9.4列出了pthread_cancel()函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.4 pthread_cancel()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <pthread.h>

函數(shù)原型

int pthread_cancel((pthread_t th)

函數(shù)傳入值

th：要取消的線(xiàn)程的標(biāo)識(shí)符

函數(shù)返回值

成功：0

出錯(cuò)：返回錯(cuò)誤碼

（3）函數(shù)使用。

以下實(shí)例中創(chuàng)建了3個(gè)線(xiàn)程，為了更好地描述線(xiàn)程之間的并行執(zhí)行，讓3個(gè)線(xiàn)程重用同一個(gè)執(zhí)行函數(shù)。每個(gè)線(xiàn)程都有5次循環(huán)（可以看成5個(gè)小任務(wù)），每次循環(huán)之間會(huì)隨機(jī)等待1～10s的時(shí)間，意義在于模擬每個(gè)任務(wù)的到達(dá)時(shí)間是隨機(jī)的，并沒(méi)有任何特定規(guī)律。

/* thread.c */

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <pthread.h>

#define THREAD_NUMBER 3 /*線(xiàn)程數(shù)*/

#define REPEAT_NUMBER 5 /*每個(gè)線(xiàn)程中的小任務(wù)數(shù)*/

#define DELAY_TIME_LEVELS 10.0 /*小任務(wù)之間的最大時(shí)間間隔*/

void *thrd_func(void *arg)

{ /* 線(xiàn)程函數(shù)例程 */

int thrd_num = (int)arg;

int delay_time = 0;

int count = 0;

printf("Thread %d is startingn", thrd_num);

for (count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count++)

{

delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)) + 1;

sleep(delay_time);

printf("tThread %d: job %d delay = %dn",

thrd_num, count, delay_time);

}

printf("Thread %d finishedn", thrd_num);

pthread_exit(NULL);

}

int main(void)

{

pthread_t thread[THREAD_NUMBER];

int no = 0, res;

void * thrd_ret;

srand(time(NULL));

for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)

{

/* 創(chuàng)建多線(xiàn)程 */

res = pthread_create(&thread[no], NULL, thrd_func, (void*)no);

if (res != 0)

{

printf("Create thread %d failedn", no);

exit(res);

}

}

printf("Create treads successn Waiting for threads to finish...n");

for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)

{

/* 等待線(xiàn)程結(jié)束 */

res = pthread_join(thread[no], &thrd_ret);

if (!res)

{

printf("Thread %d joinedn", no);

}

else

{

printf("Thread %d join failedn", no);

}

}

return 0;

}

以下是程序運(yùn)行結(jié)果?？梢钥闯雒總€(gè)線(xiàn)程的運(yùn)行和結(jié)束是獨(dú)立與并行的。

$ ./thread

Create treads success

Waiting for threads to finish...

Thread 0 is starting

Thread 1 is starting

Thread 2 is starting

Thread 1: job 0 delay = 6

Thread 2: job 0 delay = 6

Thread 0: job 0 delay = 9

Thread 1: job 1 delay = 6

Thread 2: job 1 delay = 8

Thread 0: job 1 delay = 8

Thread 2: job 2 delay = 3

Thread 0: job 2 delay = 3

Thread 2: job 3 delay = 3

Thread 2: job 4 delay = 1

Thread 2 finished

Thread 1: job 2 delay = 10

Thread 1: job 3 delay = 4

Thread 1: job 4 delay = 1

Thread 1 finished

Thread 0: job 3 delay = 9

Thread 0: job 4 delay = 2

Thread 0 finished

Thread 0 joined

Thread 1 joined

Thread 2 joined

由于線(xiàn)程共享進(jìn)程的資源和地址空間，因此在對(duì)這些資源進(jìn)行操作時(shí)，必須考慮到線(xiàn)程間資源訪(fǎng)問(wèn)的同步與互斥問(wèn)題。這里主要介紹POSIX中兩種線(xiàn)程同步機(jī)制，分別為互斥鎖和信號(hào)量。這兩個(gè)同步機(jī)制可以互相通過(guò)調(diào)用對(duì)方來(lái)實(shí)現(xiàn)，但互斥鎖更適合用于同時(shí)可用的資源是惟一的情況；信號(hào)量更適合用于同時(shí)可用的資源為多個(gè)的情況。

（1）函數(shù)說(shuō)明。

互斥鎖是用一種簡(jiǎn)單的加鎖方法來(lái)控制對(duì)共享資源的原子操作。這個(gè)互斥鎖只有兩種狀態(tài)，也就是上鎖和解鎖，可以把互斥鎖看作某種意義上的全局變量。在同一時(shí)刻只能有一個(gè)線(xiàn)程掌握某個(gè)互斥鎖，擁有上鎖狀態(tài)的線(xiàn)程能夠?qū)蚕碣Y源進(jìn)行操作。若其他線(xiàn)程希望上鎖一個(gè)已經(jīng)被上鎖的互斥鎖，則該線(xiàn)程就會(huì)掛起，直到上鎖的線(xiàn)程釋放掉互斥鎖為止?？梢哉f(shuō)，這把互斥鎖保證讓每個(gè)線(xiàn)程對(duì)共享資源按順序進(jìn)行原子操作。

互斥鎖機(jī)制主要包括下面的基本函數(shù)。

n 互斥鎖初始化：pthread_mutex_init()

n 互斥鎖上鎖：pthread_mutex_lock()

n 互斥鎖判斷上鎖：pthread_mutex_trylock()

n 互斥鎖接鎖：pthread_mutex_unlock()

n 消除互斥鎖：pthread_mutex_destroy()

其中，互斥鎖可以分為快速互斥鎖、遞歸互斥鎖和檢錯(cuò)互斥鎖。這3種鎖的區(qū)別主要在于其他未占有互斥鎖的線(xiàn)程在希望得到互斥鎖時(shí)是否需要阻塞等待?？焖冁i是指調(diào)用線(xiàn)程會(huì)阻塞直至擁有互斥鎖的線(xiàn)程解鎖為止。遞歸互斥鎖能夠成功地返回，并且增加調(diào)用線(xiàn)程在互斥上加鎖的次數(shù)，而檢錯(cuò)互斥鎖則為快速互斥鎖的非阻塞版本，它會(huì)立即返回并返回一個(gè)錯(cuò)誤信息。默認(rèn)屬性為快速互斥鎖。

（2）函數(shù)格式。

表9.5列出了pthread_mutex_init()函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.5 pthread_mutex_init()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <pthread.h>

函數(shù)原型

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr)

函數(shù)傳入值

mutex：互斥鎖

Mutexattr

PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER：創(chuàng)建快速互斥鎖

PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP：創(chuàng)建遞歸互斥鎖

PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP：創(chuàng)建檢錯(cuò)互斥鎖

函數(shù)返回值

成功：0

出錯(cuò)：返回錯(cuò)誤碼

表9.6列出了pthread_mutex_lock()等函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.6 pthread_mutex_lock()等函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <pthread.h>

函數(shù)原型

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex,)
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex,)
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex,)
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex,)

函數(shù)傳入值

mutex：互斥鎖

函數(shù)返回值

成功：0

出錯(cuò)：-1

（3）使用實(shí)例。

下面的實(shí)例是在9.2.1小節(jié)示例代碼的基礎(chǔ)上增加互斥鎖功能，實(shí)現(xiàn)原本獨(dú)立與無(wú)序的多個(gè)線(xiàn)程能夠按順序執(zhí)行。

/*thread_mutex.c*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <pthread.h>

#define THREAD_NUMBER 3 /* 線(xiàn)程數(shù) */

#define REPEAT_NUMBER 3 /* 每個(gè)線(xiàn)程的小任務(wù)數(shù) */

#define DELAY_TIME_LEVELS 10.0 /*小任務(wù)之間的最大時(shí)間間隔*/

pthread_mutex_t mutex;

void *thrd_func(void *arg)

{

int thrd_num = (int)arg;

int delay_time = 0, count = 0;

int res;

/* 互斥鎖上鎖 */

res = pthread_mutex_lock(&mutex);

if (res)

{

printf("Thread %d lock failedn", thrd_num);

pthread_exit(NULL);

}

printf("Thread %d is startingn", thrd_num);

for (count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count++)

{

delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)) + 1;

sleep(delay_time);

printf("tThread %d: job %d delay = %dn",

thrd_num, count, delay_time);

}

printf("Thread %d finishedn", thrd_num);

pthread_exit(NULL);

}

int main(void)

{

pthread_t thread[THREAD_NUMBER];

int no = 0, res;

void * thrd_ret;

srand(time(NULL));

/* 互斥鎖初始化 */

pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)

{

res = pthread_create(&thread[no], NULL, thrd_func, (void*)no);

if (res != 0)

{

printf("Create thread %d failedn", no);

exit(res);

}

}

printf("Create treads successn Waiting for threads to finish...n");

for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)

{

res = pthread_join(thread[no], &thrd_ret);

if (!res)

{

printf("Thread %d joinedn", no);

}

else

{

printf("Thread %d join failedn", no);

}

/* 互斥鎖解鎖 */

pthread_mutex_unlock(&mutex);

}

pthread_mutex_destroy(&mutex);

return 0;

}

該實(shí)例的運(yùn)行結(jié)果如下所示。這里3個(gè)線(xiàn)程之間的運(yùn)行順序跟創(chuàng)建線(xiàn)程的順序相同。

$ ./thread_mutex

Create treads success

Waiting for threads to finish...

Thread 0 is starting

Thread 0: job 0 delay = 7

Thread 0: job 1 delay = 7

Thread 0: job 2 delay = 6

Thread 0 finished

Thread 0 joined

Thread 1 is starting

Thread 1: job 0 delay = 3

Thread 1: job 1 delay = 5

Thread 1: job 2 delay = 10

Thread 1 finished

Thread 1 joined

Thread 2 is starting

Thread 2: job 0 delay = 6

Thread 2: job 1 delay = 10

Thread 2: job 2 delay = 8

Thread 2 finished

Thread 2 joined

（1）信號(hào)量說(shuō)明。

在第8章中已經(jīng)講到，信號(hào)量也就是操作系統(tǒng)中所用到的PV原子操作，它廣泛用于進(jìn)程或線(xiàn)程間的同步與互斥。信號(hào)量本質(zhì)上是一個(gè)非負(fù)的整數(shù)計(jì)數(shù)器，它被用來(lái)控制對(duì)公共資源的訪(fǎng)問(wèn)。這里先來(lái)簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)一下PV原子操作的工作原理。

PV原子操作是對(duì)整數(shù)計(jì)數(shù)器信號(hào)量sem的操作。一次P操作使sem減一，而一次V操作使sem加一。進(jìn)程（或線(xiàn)程）根據(jù)信號(hào)量的值來(lái)判斷是否對(duì)公共資源具有訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限。當(dāng)信號(hào)量sem的值大于等于零時(shí)，該進(jìn)程（或線(xiàn)程）具有公共資源的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限；相反，當(dāng)信號(hào)量sem的值小于零時(shí)，該進(jìn)程（或線(xiàn)程）就將阻塞直到信號(hào)量sem的值大于等于0為止。

PV原子操作主要用于進(jìn)程或線(xiàn)程間的同步和互斥這兩種典型情況。若用于互斥，幾個(gè)進(jìn)程（或線(xiàn)程）往往只設(shè)置一個(gè)信號(hào)量sem，它們的操作流程如圖9.2所示。

當(dāng)信號(hào)量用于同步操作時(shí)，往往會(huì)設(shè)置多個(gè)信號(hào)量，并安排不同的初始值來(lái)實(shí)現(xiàn)它們之間的順序執(zhí)行，它們的操作流程如圖9.3所示。

圖9.2 信號(hào)量互斥操作 圖9.3 信號(hào)量同步操作

（2）函數(shù)說(shuō)明。

Linux實(shí)現(xiàn)了POSIX的無(wú)名信號(hào)量，主要用于線(xiàn)程間的互斥與同步。這里主要介紹幾個(gè)常見(jiàn)函數(shù)。

n sem_init()用于創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量，并初始化它的值。

n sem_wait()和sem_trywait()都相當(dāng)于P操作，在信號(hào)量大于零時(shí)它們都能將信號(hào)量的值減一，兩者的區(qū)別在于若信號(hào)量小于零時(shí)，sem_wait()將會(huì)阻塞進(jìn)程，而sem_trywait()則會(huì)立即返回。

n sem_post()相當(dāng)于V操作，它將信號(hào)量的值加一同時(shí)發(fā)出信號(hào)來(lái)喚醒等待的進(jìn)程。

n sem_getvalue()用于得到信號(hào)量的值。

n sem_destroy()用于刪除信號(hào)量。

（3）函數(shù)格式。

表9.7列出了sem_init()函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.7 sem_init()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <semaphore.h>

函數(shù)原型

int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned int value)

函數(shù)傳入值

sem：信號(hào)量指針

pshared：決定信號(hào)量能否在幾個(gè)進(jìn)程間共享。由于目前Linux還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間共享信號(hào)量，所以這個(gè)值只能夠取0，就表示這個(gè)信號(hào)量是當(dāng)前進(jìn)程的局部信號(hào)量

value：信號(hào)量初始化值

函數(shù)返回值

成功：0

出錯(cuò)：-1

表9.8列出了sem_wait()等函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.8 sem_wait()等函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <pthread.h>

函數(shù)原型

int sem_wait(sem_t *sem)
int sem_trywait(sem_t *sem)
int sem_post(sem_t *sem)
int sem_getvalue(sem_t *sem)
int sem_destroy(sem_t *sem)

函數(shù)傳入值

sem：信號(hào)量指針

函數(shù)返回值

成功：0

出錯(cuò)：-1

（4）使用實(shí)例。

在前面已經(jīng)通過(guò)互斥鎖同步機(jī)制實(shí)現(xiàn)了多線(xiàn)程的順序執(zhí)行。下面的例子是用信號(hào)量同步機(jī)制實(shí)現(xiàn)3個(gè)線(xiàn)程之間的有序執(zhí)行，只是執(zhí)行順序是跟創(chuàng)建線(xiàn)程的順序相反。

/*thread_sem.c*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <pthread.h>

#include <semaphore.h>

#define THREAD_NUMBER 3 /* 線(xiàn)程數(shù) */

#define REPEAT_NUMBER 3 /* 每個(gè)線(xiàn)程中的小任務(wù)數(shù) */

#define DELAY_TIME_LEVELS 10.0 /*小任務(wù)之間的最大時(shí)間間隔*/

sem_t sem[THREAD_NUMBER];

void *thrd_func(void *arg)

{

int thrd_num = (int)arg;

int delay_time = 0;

int count = 0;

/* 進(jìn)行P操作 */

sem_wait(&sem[thrd_num]);

printf("Thread %d is startingn", thrd_num);

for (count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count++)

{

delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)) + 1;

sleep(delay_time);

printf("tThread %d: job %d delay = %dn",

thrd_num, count, delay_time);

}

printf("Thread %d finishedn", thrd_num);

pthread_exit(NULL);

}

int main(void)

{

pthread_t thread[THREAD_NUMBER];

int no = 0, res;

void * thrd_ret;

srand(time(NULL));

for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)

{

sem_init(&sem[no], 0, 0);

res = pthread_create(&thread[no], NULL, thrd_func, (void*)no);

if (res != 0)

{

printf("Create thread %d failedn", no);

exit(res);

}

}

printf("Create treads successn Waiting for threads to finish...n");

/* 對(duì)最后創(chuàng)建的線(xiàn)程的信號(hào)量進(jìn)行V操作 */

sem_post(&sem[THREAD_NUMBER - 1]);

for (no = THREAD_NUMBER - 1; no >= 0; no--)

{

res = pthread_join(thread[no], &thrd_ret);

if (!res)

{

printf("Thread %d joinedn", no);

}

else

{

printf("Thread %d join failedn", no);

}

/* 進(jìn)行V操作 */

sem_post(&sem[(no + THREAD_NUMBER - 1) % THREAD_NUMBER]);

}

for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)

{

/* 刪除信號(hào)量 */

sem_destroy(&sem[no]);

}

return 0;

}

該程序運(yùn)行結(jié)果如下所示：

$ ./thread_sem

Create treads success

Waiting for threads to finish...

Thread 2 is starting

Thread 2: job 0 delay = 9

Thread 2: job 1 delay = 5

Thread 2: job 2 delay = 10

Thread 2 finished

Thread 2 joined

Thread 1 is starting

Thread 1: job 0 delay = 7

Thread 1: job 1 delay = 4

Thread 1: job 2 delay = 4

Thread 1 finished

Thread 1 joined

Thread 0 is starting

Thread 0: job 0 delay = 10

Thread 0: job 1 delay = 8

Thread 0: job 2 delay = 9

Thread 0 finished

Thread 0 joined

（1）函數(shù)說(shuō)明。

pthread_create()函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)（pthread_attr_t *attr）表示線(xiàn)程的屬性。在上一個(gè)實(shí)例中，將該值設(shè)為NULL，也就是采用默認(rèn)屬性，線(xiàn)程的多項(xiàng)屬性都是可以更改的。這些屬性主要包括綁定屬性、分離屬性、堆棧地址、堆棧大小以及優(yōu)先級(jí)。其中系統(tǒng)默認(rèn)的屬性為非綁定、非分離、缺省1M的堆棧以及與父進(jìn)程同樣級(jí)別的優(yōu)先級(jí)。下面首先對(duì)綁定屬性和分離屬性的基本概念進(jìn)行講解。

n 綁定屬性。

前面已經(jīng)提到，Linux中采用“一對(duì)一”的線(xiàn)程機(jī)制，也就是一個(gè)用戶(hù)線(xiàn)程對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)核線(xiàn)程。綁定屬性就是指一個(gè)用戶(hù)線(xiàn)程固定地分配給一個(gè)內(nèi)核線(xiàn)程，因?yàn)镃PU時(shí)間片的調(diào)度是面向內(nèi)核線(xiàn)程（也就是輕量級(jí)進(jìn)程）的，因此具有綁定屬性的線(xiàn)程可以保證在需要的時(shí)候總有一個(gè)內(nèi)核線(xiàn)程與之對(duì)應(yīng)。而與之對(duì)應(yīng)的非綁定屬性就是指用戶(hù)線(xiàn)程和內(nèi)核線(xiàn)程的關(guān)系不是始終固定的，而是由系統(tǒng)來(lái)控制分配的。

n 分離屬性。

分離屬性是用來(lái)決定一個(gè)線(xiàn)程以什么樣的方式來(lái)終止自己。在非分離情況下，當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程結(jié)束時(shí)，它所占用的系統(tǒng)資源并沒(méi)有被釋放，也就是沒(méi)有真正的終止。只有當(dāng)pthread_join()函數(shù)返回時(shí)，創(chuàng)建的線(xiàn)程才能釋放自己占用的系統(tǒng)資源。而在分離屬性情況下，一個(gè)線(xiàn)程結(jié)束時(shí)立即釋放它所占有的系統(tǒng)資源。這里要注意的一點(diǎn)是，如果設(shè)置一個(gè)線(xiàn)程的分離屬性，而這個(gè)線(xiàn)程運(yùn)行又非?？?，那么它很可能在pthread_create()函數(shù)返回之前就終止了，它終止以后就可能將線(xiàn)程號(hào)和系統(tǒng)資源移交給其他的線(xiàn)程使用，這時(shí)調(diào)用pthread_create()的線(xiàn)程就得到了錯(cuò)誤的線(xiàn)程號(hào)。

這些屬性的設(shè)置都是通過(guò)特定的函數(shù)來(lái)完成的，通常首先調(diào)用pthread_attr_init()函數(shù)進(jìn)行初始化，之后再調(diào)用相應(yīng)的屬性設(shè)置函數(shù)，最后調(diào)用pthread_attr_destroy()函數(shù)對(duì)分配的屬性結(jié)構(gòu)指針進(jìn)行清理和回收。設(shè)置綁定屬性的函數(shù)為pthread_attr_setscope()，設(shè)置線(xiàn)程分離屬性的函數(shù)為pthread_attr_setdetachstate()，設(shè)置線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)的相關(guān)函數(shù)為pthread_attr_getschedparam()（獲取線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)）和pthread_attr_setschedparam()（設(shè)置線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)）。在設(shè)置完這些屬性后，就可以調(diào)用pthread_create()函數(shù)來(lái)創(chuàng)建線(xiàn)程了。

（2）函數(shù)格式。

表9.9列出了pthread_attr_init()函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.9 pthread_attr_init()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <pthread.h>

函數(shù)原型

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr)

函數(shù)傳入值

attr：線(xiàn)程屬性結(jié)構(gòu)指針

函數(shù)返回值

成功：0

出錯(cuò)：返回錯(cuò)誤碼

表9.10列出了pthread_attr_setscope()函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.10 pthread_attr_setscope()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <pthread.h>

函數(shù)原型

int pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int scope)

函數(shù)傳入值

attr：線(xiàn)程屬性結(jié)構(gòu)指針

scope

PTHREAD_SCOPE_SYSTEM：綁定

PTHREAD_SCOPE_PROCESS：非綁定

函數(shù)返回值

成功：0

出錯(cuò)：-1

表9.11列出了pthread_attr_setdetachstate()函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.11 pthread_attr_setdetachstate()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <pthread.h>

函數(shù)原型

int pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int detachstate)

函數(shù)傳入值

attr：線(xiàn)程屬性

detachstate

PTHREAD_CREATE_DETACHED：分離

PTHREAD _CREATE_JOINABLE：非分離

函數(shù)返回值

成功：0

出錯(cuò)：返回錯(cuò)誤碼

表9.12列出了pthread_attr_getschedparam()函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.12 pthread_attr_getschedparam()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <pthread.h>

函數(shù)原型

int pthread_attr_getschedparam (pthread_attr_t *attr, struct sched_param *param)

函數(shù)傳入值

attr：線(xiàn)程屬性結(jié)構(gòu)指針

param：線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)

函數(shù)返回值

成功：0

出錯(cuò)：返回錯(cuò)誤碼

表9.13列出了pthread_attr_setschedparam()函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。

表9.13 pthread_attr_setschedparam()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)

所需頭文件

#include <pthread.h>

函數(shù)原型

int pthread_attr_setschedparam (pthread_attr_t *attr, struct sched_param *param)

函數(shù)傳入值

attr：線(xiàn)程屬性結(jié)構(gòu)指針

param：線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)

函數(shù)返回值

成功：0

出錯(cuò)：返回錯(cuò)誤碼

（3）使用實(shí)例。

下面的實(shí)例是在我們已經(jīng)很熟悉的實(shí)例的基礎(chǔ)上增加線(xiàn)程屬性設(shè)置的功能。為了避免不必要的復(fù)雜性，這里就創(chuàng)建一個(gè)線(xiàn)程，這個(gè)線(xiàn)程具有綁定和分離屬性，而且主線(xiàn)程通過(guò)一個(gè)finish_flag標(biāo)志變量來(lái)獲得線(xiàn)程結(jié)束的消息，而并不調(diào)用pthread_join()函數(shù)。

/*thread_attr.c*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <pthread.h>

#define REPEAT_NUMBER 3 /* 線(xiàn)程中的小任務(wù)數(shù) */

#define DELAY_TIME_LEVELS 10.0 /* 小任務(wù)之間的最大時(shí)間間隔 */

int finish_flag = 0;

void *thrd_func(void *arg)

{

int delay_time = 0;

int count = 0;

printf("Thread is startingn");

for (count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count++)

{

delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)) + 1;

sleep(delay_time);

printf("tThread : job %d delay = %dn", count, delay_time);

}

printf("Thread finishedn");

finish_flag = 1;

pthread_exit(NULL);

}

int main(void)

{

pthread_t thread;

pthread_attr_t attr;

int no = 0, res;

void * thrd_ret;

srand(time(NULL));

/* 初始化線(xiàn)程屬性對(duì)象 */

res = pthread_attr_init(&attr);

if (res != 0)

{

printf("Create attribute failedn");

exit(res);

}

/* 設(shè)置線(xiàn)程綁定屬性 */

res = pthread_attr_setscope(&attr, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM);

/* 設(shè)置線(xiàn)程分離屬性 */

res += pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

if (res != 0)

{

printf("Setting attribute failedn");

exit(res);

}

res = pthread_create(&thread, &attr, thrd_func, NULL);

if (res != 0)

{

printf("Create thread failedn");

exit(res);

}

/* 釋放線(xiàn)程屬性對(duì)象 */

pthread_attr_destroy(&attr);

printf("Create tread successn");

while(!finish_flag)

{

printf("Waiting for thread to finish...n");

sleep(2);

}

return 0;

}

接下來(lái)可以在線(xiàn)程運(yùn)行前后使用“free”命令查看內(nèi)存的使用情況。以下是運(yùn)行結(jié)果：

$ ./thread_attr

Create tread success

Waiting for thread to finish...

Thread is starting

Waiting for thread to finish...

Thread : job 0 delay = 3

Waiting for thread to finish...

Thread : job 1 delay = 2

Waiting for thread to finish...

Waiting for thread to finish...

Waiting for thread to finish...

Waiting for thread to finish...

Thread : job 2 delay = 9

Thread finished

/* 程序運(yùn)行之前 */

$ free

total used free shared buffers cached

Mem: 255556 191940 63616 10 5864 61360

-/+ buffers/cache: 124716 130840

Swap: 377488 18352 359136

/* 程序運(yùn)行之中 */

$ free

total used free shared buffers cached

Mem: 255556 191948 63608 10 5888 61336

-/+ buffers/cache: 124724 130832

Swap: 377488 18352 359136

/* 程序運(yùn)行之后 */

$ free

total used free shared buffers cached

Mem: 255556 191940 63616 10 5904 61320

-/+ buffers/cache: 124716 130840

Swap: 377488 18352 359136

可以看到，線(xiàn)程在運(yùn)行結(jié)束后就收回了系統(tǒng)資源，并釋放內(nèi)存。