LinuxPthread深入解析.doc
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1、Outline- 1.线程特点- 2.pthread创建- 3.pthread终止 - 4.mutex互斥量使用框架 - 5.cond条件变量 - 6.综合实例=1. 线程特点线程拥有自己独立的栈、调度优先级和策略、信号屏蔽字(创建时继承)、errno变量以及线程私有数据。进程的其他地址空间均被所有线程所共享,因此线程可以访问程序的全局变量和堆中分配的数据,并通过同步机制保证对数据访问的一致性。2. pthread创建pthread有一个线程ID,类型为pthread_t,在使用printf打印时,应转换为u类型。pthread_equal可用于比较两个id是否相等;pthread_self用
2、于获取当前线程的ID。pthread_create用于创建新的线程,可以给线程传入一个void *类型的参数,例如一个结构体指针或者一个数值。系统并不能保证哪个线程会现运行:新创建的线程还是调用线程。3. pthread终止a) 从线程函数中返回b) 被同一进程中的其他线程取消c) 线程调用pthread_exit注意,线程的返回值需要转换为void *类型。pthread_exit(void *ret)pthread_join(pthread_t id, void *ret)ret均可设置为NULL4. mutex 互斥量使用框架pthread_mutex_t lock;pthread_mu
3、tex_init 或者 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER(仅可用在静态变量)pthread_mutex_lock / pthread_mutex_unlock / pthread_mutex_trylockpthread_mutex_destroy5. cond 条件变量pthread_cond_t qready;pthread_mutex_t qlock;pthread_mutex_init 或者 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZERpthread_cond_init 或者 PTHREAD_COND_INITIALIZERpthread_mutex_lock(
4、&qlock.)pthread_cond_wait(&qready, &qlock.) / pthread_cond_timewaitpthread_mutex_unlock(&qlock)pthread_cond_destroy/唤醒条件变量pthread_cond_signalpthread_cond_broadcast条件变量是pthread中比较难以理解的一点,主要会产生以下疑惑:Q1. 假如在调用pthread_cond_wait | cond_timedwait之前就调用pthread_cond_signal | broadcast会发生什么?Q2. pthread_cond_co
5、nd_wait | cond_timewait为什么需要一个已经锁住的mutex作为变量?Q3. pthread_cond_signal | broadcast使用之前必须获取wait中对应的mutex吗?Q4. 假如pthread_cond_signal | broadcast必须获取mutex,那么下列两种形式,哪种正确?为什么?1)lock(lock_for_X);change(X);unlock(lock_for_X);pthread_cond_signal | broadcast;2)lock(lock_for_X);change(X);pthread_cond_signal | b
6、roadcast;unlock(lock_for_X);-思考-思考-思考-思考-思考-思考-思考-思考-思考-A1: 什么都不会发生,也不会出错,仅仅造成这次发送的signal丢失。A2: 一般场景如下,我们需要检查某个条件是否满足(如队列X是否为空、布尔Y是否为真),假如没有条件变量,我们唯一的选择是1. while (1) 2. lock(lock_for_X);3.4. if (X is not empty) 5. unlock(lock_for_X);6. break;7. else /X is empty, loop continues8. unlock(lock_for_X);9
7、. sleep(10);10. 11. 12. /X is not empty, loop ends13. process(X);明显这种轮询的方式非常耗费CPU时间,这时候我们很容易的想到,如果有一种机制,可以异步通知我们队列的状态发生了变化,那么我们便无须再轮询,只要等到通知到来时再检查条件是否满足即可,其他时间则将程序休眠,因此现在代码变成这样:1. while (1) 2. lock(lock_for_X);3. if (X is not empty) 4. unlock(lock_for_X);5. break;6. else 7. unlock(lock_for_X); /must
8、 called before my_wait(), otherwise no one can acquire the lock and make change to X8. -窗口,由于已经解锁,其他程序可能改变X,并且试图唤醒mywait,但在一个繁忙的系统中,可能此时my_还没被调用!9. my_wait(); /go to sleep and wait for the notification10. 11. my_wait是一个假想的函数,作用如注释所示。不难发现,这样做以后,我们无须再轮询了,只需要等待my_wait()被唤醒以后检查条件是否满足。但是请注意,正如图中所示,存在1个时间
9、窗口。若其他程序在这个窗口中试图唤醒my_wait,由于此时my_wait还没有被调用,那么这个信号将丢失,造成my_wait一直阻塞。解决的办法就是,要将unlock和my_wait合并成一个原子操作,这样就不会被其他程序插入执行。我想到这里,你应该已经明白了,这个原子操作的函数就是pthread_cond_signal | broadcast.A3: 是的。详见:A4: 对于1),在不同的操作系统中,可能会造成不确定的调度结果(可能会造成调度优先级反转);对于2)可以保证无论在何种操作系统中都将获得预期的调度顺序。设想一个场景:有两个消费者线程A和B,我们设定A的优先级比B高,A正在等待条
10、件变量被出发,即已经调用了pthread_wait,并且处于阻塞状态:1. lock(lock_for_X);2. while (X is empty) 3. pthread_cond_wait(&qready, &lock_for_X);4. 5. unlock(lock_for_X);B中没有调用pthread_wait,而是做类似如下的处理:1. while(1) 2. lock(lock_for_X);3. dequeue(X);4. unlock(lock_for_X);5. 另一个线程C,为生产者,采用1)方案,则代码如下,先unlock,再发出signal:lock(lock_f
11、or_X);change(X);unlock(lock_for_X);pthread_cond_signal | broadcast;当发出unlock以后,发送signal之前,此时消费者B已经满足了运行条件,而消费者A虽然优先级比B高,但是由于其运行条件还需要signal,所以不具备立刻运行的条件,此时就看操作系统如何实现调度算法了。有些操作系统,可能会因为A不具备立刻运行条件,即使它的优先级比B高,此时还是让B线程先运行,那么,后续将分成两种情况:(a) B获得了lock,但是还没有将X队列中的刚刚加入的条目移除,此时C调用了signal,A接收到了signal,由于A的优先级高,那么A
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