linux pthread_create()函數用法

linux下用C開發多線程程式，Linux系統下的多線程遵循POSIX線程接口，稱為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 修飾的指針： 由 restrict 修飾的指針是最初唯一對指針所指向的對象進行存取的方法，僅當第二個指針基于第一個時，才能對對象進行存取。對對象的存取都限定于基于由 restrict 修飾的指針表達式中。 由 restrict 修飾的指針主要用于函數形參，或指向由 malloc() 配置設定的記憶體空間。restrict 資料類型不改變程式的語義。 編譯器能通過作出 restrict 修飾的指針是存取對象的唯一方法的假設，更好地優化某些類型的例程。

第一個參數為指向線程辨別符的指針。

第二個參數用來設定線程屬性。

第三個參數是線程運作函數的起始位址。

最後一個參數是運作函數的參數。

下面這個程式中，我們的函數thr_fn不 需要參數，是以最後一個參數設為空指針。第二個參數我們也設為空指針，這樣将生成預設屬性的線程。當建立線程成功時，函數傳回0，若不為0則說明建立線程 失敗，常見的錯誤傳回代碼為EAGAIN和EINVAL。前者表示系統限制建立新的線程，例如線程數目過多了；後者表示第二個參數代表的線程屬性值非法。 建立線程成功後，新建立的線程則運作參數三和參數四确定的函數，原來的線程則繼續運作下一行代碼。

#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,(unsignedint)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上的一個程式修改一下，然後編譯。

結果報錯:

pthread.c:(.text+0x85)：對‘pthread_create’未定義的引用

由于pthread庫不是Linux系統預設的庫，連接配接時需要使用庫libpthread.a,是以在使用pthread_create建立線程時，在編譯中要加-lpthread參數:

gcc -o pthread -lpthread pthread.c

這是一個關于Posix線程程式設計的專欄。作者在闡明概念的基礎上，将向您詳細講述Posix線程庫API。本文是第一篇将向您講述線程的建立與取消。

一、線程建立

1．1 線程與程序

相對程序而言，線程是一個更加接近于執行體的概念，它可以與同程序中的其他線程共享資料，但擁有自己的棧空間，擁有獨立的執行序列。在串行程式基礎上引入線程和程序是為了提高程式的并發度，進而提高程式運作效率和響應時間。

線程和程序在使用上各有優缺點：線程執行開銷小，但不利于資源的管理和保護；而程序正相反。同時，線程适合于在SMP機器上運作，而程序則可以跨機器遷移。

1．2 建立線程

POSIX通過pthread_create()函數建立線程，API定義如下：

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

與fork()調用建立一個程序的方法不同，pthread_create()建立的線程并不具備與主線程（即調用 pthread_create()的線程）同樣的執行序列，而是使其運作start_routine(arg)函數。thread傳回建立的線程ID，而 attr是建立線程時設定的線程屬性（見下）。pthread_create()的傳回值表示線程建立是否成功。盡管arg是void *類型的變量，但它同樣可以作為任意類型的參數傳給start_routine()函數；同時，start_routine()可以傳回一個void *類型的傳回值，而這個傳回值也可以是其他類型，并由pthread_join()擷取。

1．3 線程建立屬性

pthread_create()中的attr參數是一個結構指針，結構中的元素分别對應着新線程的運作屬性，主要包括以下幾項：

__detachstate，表示新線程是否與程序中其他線程脫離同步，如果置位則新線程不能用pthread_join()來同步，且在退出時自 行釋放所占用的資源。預設為PTHREAD_CREATE_JOINABLE狀态。這個屬性也可以線上程建立并運作以後用 pthread_detach()來設定，而一旦設定為PTHREAD_CREATE_DETACH狀态（不論是建立時設定還是運作時設定）則不能再恢複 到 PTHREAD_CREATE_JOINABLE狀态。

__schedpolicy，表示新線程的排程政策，主要包括SCHED_OTHER（正常、非實時）、SCHED_RR（實時、輪轉法）和 SCHED_FIFO（實時、先入先出）三種，預設為SCHED_OTHER，後兩種排程政策僅對超級使用者有效。運作時可以用過 pthread_setschedparam()來改變。

__schedparam，一個struct sched_param結構，目前僅有一個sched_priority整型變量表示線程的運作優先級。這個參數僅當排程政策為實時（即SCHED_RR 或SCHED_FIFO）時才有效，并可以在運作時通過pthread_setschedparam()函數來改變，預設為0。

__inheritsched，有兩種值可供選擇：PTHREAD_EXPLICIT_SCHED和PTHREAD_INHERIT_SCHED， 前者表示新線程使用顯式指定排程政策和排程參數（即attr中的值），而後者表示繼承調用者線程的值。預設為 PTHREAD_EXPLICIT_SCHED。

__scope，表示線程間競争CPU的範圍，也就是說線程優先級的有效範圍。POSIX的标準中定義了兩個值： PTHREAD_SCOPE_SYSTEM和PTHREAD_SCOPE_PROCESS，前者表示與系統中所有線程一起競争CPU時間，後者表示僅與同 程序中的線程競争CPU。目前LinuxThreads僅實作了PTHREAD_SCOPE_SYSTEM一值。

pthread_attr_t結構中還有一些值，但不使用pthread_create()來設定。

為了設定這些屬性，POSIX定義了一系列屬性設定函數，包括pthread_attr_init()、pthread_attr_destroy()和與各個屬性相關的pthread_attr_get---/pthread_attr_set---函數。

1．4 線程建立的Linux實作

我們知道，Linux的線程實作是在核外進行的，核内提供的是建立程序的接口do_fork()。核心提供了兩個系統調用__clone()和fork ()，最終都用不同的參數調用do_fork()核内API。當然，要想實作線程，沒有核心對多程序（其實是輕量級程序）共享資料段的支援是不行的，因 此，do_fork()提供了很多參數，包括CLONE_VM（共享記憶體空間）、CLONE_FS（共享檔案系統資訊）、CLONE_FILES（共享文 件描述符表）、CLONE_SIGHAND（共享信号句柄表）和CLONE_PID（共享程序ID，僅對核内程序，即0号程序有效）。當使用fork系統 調用時，核心調用do_fork()不使用任何共享屬性，程序擁有獨立的運作環境，而使用pthread_create()來建立線程時,則最終設定了所 有這些屬性來調用__clone()，而這些參數又全部傳給核内的do_fork()，進而建立的"程序"擁有共享的運作環境，隻有棧是獨立的，由 __clone()傳入。

Linux線程在核内是以輕量級程序的形式存在的，擁有獨立的程序表項，而所有的建立、同步、删除等操作都在核外pthread庫中進行。 pthread 庫使用一個管理線程（__pthread_manager()，每個程序獨立且唯一）來管理線程的建立和終止，為線程配置設定線程ID，發送線程相關的信号 （比如Cancel），而主線程（pthread_create()）的調用者則通過管道将請求資訊傳給管理線程。

二、線程取消

2．1 線程取消的定義

一般情況下，線程在其主體函數退出的時候會自動終止，但同時也可以因為接收到另一個線程發來的終止（取消）請求而強制終止。

2．2 線程取消的語義

線程取消的方法是向目标線程發Cancel信号，但如何處理Cancel信号則由目标線程自己決定，或者忽略、或者立即終止、或者繼續運作至Cancelation-point（取消點），由不同的Cancelation狀态決定。

線程接收到CANCEL信号的預設處理（即pthread_create()建立線程的預設狀态）是繼續運作至取消點，也就是說設定一個CANCELED狀态，線程繼續運作，隻有運作至Cancelation-point的時候才會退出。

2．3 取消點

根據POSIX标準，pthread_join()、pthread_testcancel()、pthread_cond_wait()、 pthread_cond_timedwait()、sem_wait()、sigwait()等函數以及read()、write()等會引起阻塞的系 統調用都是Cancelation-point，而其他pthread函數都不會引起Cancelation動作。但是pthread_cancel的手 冊頁聲稱，由于LinuxThread庫與C庫結合得不好，因而目前C庫函數都不是Cancelation-point；但CANCEL信号會使線程從阻 塞的系統調用中退出，并置EINTR錯誤碼，是以可以在需要作為Cancelation-point的系統調用前後調用 pthread_testcancel()，進而達到POSIX标準所要求的目标，即如下代碼段：

pthread_testcancel();      retcode = read(fd, buffer, length);      pthread_testcancel();

2．4 程式設計方面的考慮

如果線程處于無限循環中，且循環體内沒有執行至取消點的必然路徑，則線程無法由外部其他線程的取消請求而終止。是以在這樣的循環體的必經路徑上應該加入pthread_testcancel()調用。

2．5 與線程取消相關的pthread函數

int pthread_cancel(pthread_t thread)

發送終止信号給thread線程，如果成功則傳回0，否則為非0值。發送成功并不意味着thread會終止。

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate)

設定本線程對Cancel信号的反應，state有兩種值：PTHREAD_CANCEL_ENABLE（預設）和 PTHREAD_CANCEL_DISABLE，分别表示收到信号後設為CANCLED狀态和忽略CANCEL信号繼續運作；old_state如果不為 NULL則存入原來的Cancel狀态以便恢複。

int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype)

設定本線程取消動作的執行時機，type由兩種取值：PTHREAD_CANCEL_DEFFERED和 PTHREAD_CANCEL_ASYCHRONOUS，僅當Cancel狀态為Enable時有效，分别表示收到信号後繼續運作至下一個取消點再退出和 立即執行取消動作（退出）；oldtype如果不為NULL則存入運來的取消動作類型值。

void pthread_testcancel(void)

檢查本線程是否處于Canceld狀态，如果是，則進行取消動作，否則直接傳回。