一.pthread_create()之前的屬性設置
1．線(xiàn)程屬性設置
我們用pthread_create函數創(chuàng )建一個(gè)線(xiàn)程，在這個(gè)線(xiàn)程中，我們使用默認參數，即將該函數的第二個(gè)參數設為NULL。的確，對大多數程序來(lái)說(shuō)，使用默認屬性就夠了，但我們還是有必要來(lái)了解一下線(xiàn)程的有關(guān)屬性。
屬性結構為pthread_attr_t，它同樣在頭文件pthread.h中定義，屬性值不能直接設置，須使用相關(guān)函數進(jìn)行操作，初始化的函數為
pthread_attr_init，這個(gè)函數必須在pthread_create函數之前調用。屬性對象主要包括是否綁定、是否分離、
堆棧地址、堆棧大小、優(yōu)先級。默認的屬性為非綁定、非分離、缺省的堆棧、與父進(jìn)程同樣級別的優(yōu)先級。
2．綁定
關(guān)于線(xiàn)程的綁定，牽涉到另外一個(gè)概念：輕進(jìn)程（LWP：Light Weight Process）。輕進(jìn)程可以理解為內核線(xiàn)程，它位于用戶(hù)層和系統層之間。系統對線(xiàn)程資源的分配、對線(xiàn)程的控制是通過(guò)輕進(jìn)程來(lái)實(shí)現的，一個(gè)輕進(jìn)程可以控制一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)程。默認狀況下，啟動(dòng)多少輕進(jìn)程、哪些輕進(jìn)程來(lái)控制哪些線(xiàn)程是由系統來(lái)控制的，這種狀況即稱(chēng)為非綁定的。綁定狀況下，則顧名思義，即某個(gè)線(xiàn)程固定的"綁"在一個(gè)輕進(jìn)程之上。被綁定的線(xiàn)程具有較高的響應速度，這是因為CPU時(shí)間片的調度是面向輕進(jìn)程的，綁定的線(xiàn)程可以保證在需要的時(shí)候它總有一個(gè)輕進(jìn)程可用。通過(guò)設置被綁定的輕進(jìn)程的優(yōu)先級和調度級可以使得綁定的線(xiàn)程滿(mǎn)足諸如實(shí)時(shí)反應之類(lèi)的要求。
設置線(xiàn)程綁定狀態(tài)的函數為 pthread_attr_setscope，它有兩個(gè)參數，第一個(gè)是指向屬性結構的指針，第二個(gè)是綁定類(lèi)型，它有兩個(gè)取值： PTHREAD_SCOPE_SYSTEM（綁定的）和PTHREAD_SCOPE_PROCESS（非綁定的）。下面的代碼即創(chuàng )建了一個(gè)綁定的線(xiàn)程。
＃i nclude <pthread.h>
pthread_attr_t attr;
pthread_t tid;
/*初始化屬性值，均設為默認值*/
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setscope(&attr, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM);
pthread_create(&tid, &attr, (void *) my_function, NULL);
3．線(xiàn)程分離狀態(tài) 線(xiàn)程的分離狀態(tài)決定一個(gè)線(xiàn)程以什么樣的方式來(lái)終止自己。非分離的線(xiàn)程終止時(shí)，其線(xiàn)程ID和退出狀態(tài)將保留，直到另外一個(gè)線(xiàn)程調用pthread_join.分離的線(xiàn)程在當它終止時(shí)，所有的資源將釋放，我們不能等待它終止。 設置線(xiàn)程分離狀態(tài)的函數為 pthread_attr_setdetachstate（pthread_attr_t *attr, int detachstate）。第二個(gè)參數可選為PTHREAD_CREATE_DETACHED（分離線(xiàn)程）和 PTHREAD _CREATE_JOINABLE（非分離線(xiàn)程）。這里要注意的一點(diǎn)是，如果設置一個(gè)線(xiàn)程為分離線(xiàn)程，而這個(gè)線(xiàn)程運行又非?？?，它很可能在 pthread_create函數返回之前就終止了，它終止以后就可能將線(xiàn)程號和系統資源移交給其他的線(xiàn)程使用，這樣調用pthread_create的線(xiàn)程就得到了錯誤的線(xiàn)程號。要避免這種情況可以采取一定的同步措施，最簡(jiǎn)單的方法之一是可以在被創(chuàng )建的線(xiàn)程里調用 pthread_cond_timewait函數，讓這個(gè)線(xiàn)程等待一會(huì )兒，留出足夠的時(shí)間讓函數pthread_create返回。設置一段等待時(shí)間，是在多線(xiàn)程編程里常用的方法。
4．優(yōu)先級 它存放在結構sched_param中。用函數pthread_attr_getschedparam和函數 pthread_attr_setschedparam進(jìn)行存放，一般說(shuō)來(lái)，我們總是先取優(yōu)先級，對取得的值修改后再存放回去。下面即是一段簡(jiǎn)單的例子。
＃i nclude <pthread.h>
＃i nclude <sched.h>
pthread_attr_t attr; pthread_t tid;
sched_param param;
int newprio=20;
/*初始化屬性*/
pthread_attr_init(&attr);
/*設置優(yōu)先級*/
pthread_attr_getschedparam(&attr, ¶m);
param.sched_priority=newprio;
pthread_attr_setschedparam(&attr, ¶m);
pthread_create(&tid, &attr, (void *)myfunction, myarg);
二．線(xiàn)程數據處理 和進(jìn)程相比，線(xiàn)程的最大優(yōu)點(diǎn)之一是數據的共享性，各個(gè)進(jìn)程共享父進(jìn)程處沿襲的數據段，可以方便的獲得、修改數據。但這也給多線(xiàn)程編程帶來(lái)了許多問(wèn)題。我們必須當心有多個(gè)不同的進(jìn)程訪(fǎng)問(wèn)相同的變量。許多函數是不可重入的，即同時(shí)不能運行一個(gè)函數的多個(gè)拷貝（除非使用不同的數據段）。在函數中聲明的靜態(tài)變量常常帶來(lái)問(wèn)題，函數的返回值也會(huì )有問(wèn)題。因為如果返回的是函數內部靜態(tài)聲明的空間的地址，則在一個(gè)線(xiàn)程調用該函數得到地址后使用該地址指向的數據時(shí)，別的線(xiàn)程可能調用此函數并修改了這一段數據。在進(jìn)程中共享的變量必須用關(guān)鍵字volatile來(lái)定義，這是為了防止編譯器在優(yōu)化時(shí)（如gcc中使用-OX參數）改變它們的使用方式。為了保護變量，我們必須使用信號量、互斥等方法來(lái)保證我們對變量的正確使用。
1．線(xiàn)程數據 在單線(xiàn)程的程序里，有兩種基本的數據：全局變量和局部變量。但在多線(xiàn)程程序里，還有第三種數據類(lèi)型：線(xiàn)程數據（TSD: Thread-Specific Data）。它和全局變量很象，在線(xiàn)程內部，各個(gè)函數可以象使用全局變量一樣調用它，但它對線(xiàn)程外部的其它線(xiàn)程是不可見(jiàn)的。例如我們常見(jiàn)的變量errno，它返回標準的出錯信息。它顯然不能是一個(gè)局部變量，幾乎每個(gè)函數都應該可以調用它；但它又不能是一個(gè)全局變量，否則在 A線(xiàn)程里輸出的很可能是B線(xiàn)程的出錯信息。要實(shí)現諸如此類(lèi)的變量，我們就必須使用線(xiàn)程數據。我們?yōu)槊總€(gè)線(xiàn)程數據創(chuàng )建一個(gè)鍵，它和這個(gè)鍵相關(guān)聯(lián)，在各個(gè)線(xiàn)程里，都使用這個(gè)鍵來(lái)指代線(xiàn)程數據，但在不同的線(xiàn)程里，這個(gè)鍵代表的數據是不同的，在同一個(gè)線(xiàn)程里，它代表同樣的數據內容。
和線(xiàn)程數據相關(guān)的函數主要有4個(gè)：創(chuàng )建一個(gè)鍵；為一個(gè)鍵指定線(xiàn)程數據；從一個(gè)鍵讀取線(xiàn)程數據；刪除鍵。
創(chuàng )建鍵的函數原型為：
int pthread_key_create __P ((pthread_key_t *__key,void (*__destr_function) (void *))); 第一個(gè)參數為指向一個(gè)鍵值的指針，第二個(gè)參數指明了一個(gè)destructor函數，如果這個(gè)參數不為空，那么當每個(gè)線(xiàn)程結束時(shí)，系統將調用這個(gè)函數來(lái)釋放綁定在這個(gè)鍵上的內存塊。這個(gè)函數常和函數pthread_once ((pthread_once_t*once_control, void (*initroutine) (void)))一起使用，為了讓這個(gè)鍵只被創(chuàng )建一次。函數pthread_once聲明一個(gè)初始化函數，第一次調用pthread_once時(shí)它執行這個(gè)函數，以后的調用將被它忽略。
int pthread_key_delete(pthread_key_t *key);
該函數用于刪除一個(gè)由pthread_key_create 函數調用創(chuàng )建的鍵。調用成功返回值為0，否則返回錯誤代碼。
在下面的例子中，我們創(chuàng )建一個(gè)鍵，并將它和某個(gè)數據相關(guān)聯(lián)。我們要定義一個(gè)函數 createWindow，這個(gè)函數定義一個(gè)圖形窗口（數據類(lèi)型為Fl_Window *，這是圖形界面開(kāi)發(fā)工具FLTK中的數據類(lèi)型）。由于各個(gè)線(xiàn)程都會(huì )調用這個(gè)函數，所以我們使用線(xiàn)程數據。
/* 聲明一個(gè)鍵*/
pthread_key_t myWinKey;
/* 函數 createWindow */
void createWindow ( void ) {
Fl_Window * win;
static pthread_once_t once= PTHREAD_ONCE_INIT;
/* 調用函數createMyKey，創(chuàng )建鍵*/
pthread_once ( & once, createMyKey) ;
/*win指向一個(gè)新建立的窗口*/
win=new Fl_Window( 0, 0, 100, 100, "MyWindow");
/* 對此窗口作一些可能的設置工作，如大小、位置、名稱(chēng)等*/
setWindow(win);
/* 將窗口指針值綁定在鍵myWinKey上*/
pthread_setpecific ( myWinKey, win);
}
/* 函數 createMyKey，創(chuàng )建一個(gè)鍵，并指定了destructor */
void createMyKey ( void ) {
pthread_keycreate(&myWinKey, freeWinKey);
}
/* 函數 freeWinKey，釋放空間*/
void freeWinKey ( Fl_Window * win){
delete win;
}
這樣，在不同的線(xiàn)程中調用函數createMyWin，都可以得到在線(xiàn)程內部均可見(jiàn)的窗口變量，這個(gè)變量通過(guò)函數 pthread_getspecific得到。在上面的例子中，我們已經(jīng)使用了函數pthread_setspecific來(lái)將線(xiàn)程數據和一個(gè)鍵綁定在一起。這兩個(gè)函數的原型如下：
int pthread_setspecific __P ((pthread_key_t __key,__const void *__pointer)); 該函數設置一個(gè)線(xiàn)程專(zhuān)有數據的值，賦給由pthread_key_create 創(chuàng )建的鍵，調用成功返回值為0，否則返回錯誤代碼。
void *pthread_getspecific __P ((pthread_key_t __key)); 該函數獲得綁定到指定鍵上的值。調用成功，返回給定參數key 所對應的數據。如果沒(méi)有數據連接到該鍵，則返回NULL。
這兩個(gè)函數的參數意義和使用方法是顯而易見(jiàn)的。要注意的是，用pthread_setspecific為一個(gè)鍵指定新的線(xiàn)程數據時(shí)，必須自己釋放原有的線(xiàn)程數據以回收空間。這個(gè)過(guò)程函數pthread_key_delete用來(lái)刪除一個(gè)鍵，這個(gè)鍵占用的內存將被釋放，但同樣要注意的是，它只釋放鍵占用的內存，并不釋放該鍵關(guān)聯(lián)的線(xiàn)程數據所占用的內存資源，而且它也不會(huì )觸發(fā)函數pthread_key_create中定義的destructor函數。線(xiàn)程數據的釋放必須在釋放鍵之前完成。
2．互斥鎖 假設各個(gè)現成向同一個(gè)文件順序寫(xiě)入數據，最后得到的結果是不可想象的。所以用互斥鎖來(lái)保證一段時(shí)間內只有一個(gè)線(xiàn)程在執行一段代碼。
使用int pthread_mutex_lock鎖住互斥鎖，使用int pthread_mutex_unlock解瑣。
如果我們試圖為一個(gè)已被其他線(xiàn)程鎖住的互斥鎖加鎖，程序便會(huì )阻塞直到該互斥對象解鎖。
如果在共享內存中分配一個(gè)互斥鎖，我們必須在運行時(shí)調用ptgread_mutex_init函數盡心初始化。
void reader_function ( void );
void writer_function ( void );
char buffer;
int buffer_has_item=0;
pthread_mutex_t mutex;
struct timespec delay;
void main ( void ){
pthread_t reader;
/* 定義延遲時(shí)間*/
delay.tv_sec = 2;
delay.tv_nec = 0;
/* 用默認屬性初始化一個(gè)互斥鎖對象*/
pthread_mutex_init (&mutex,NULL);
pthread_create(&reader, pthread_attr_default, (void *)&reader_function), NULL);
writer_function( );
}
void writer_function (void){
while(1){
/* 鎖定互斥鎖*/
pthread_mutex_lock (&mutex);
if (buffer_has_item==0){
buffer=make_new_item( );
buffer_has_item=1;
}
/* 打開(kāi)互斥鎖*/
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_delay_np(&delay);
}
}
void reader_function(void){
while(1){
pthread_mutex_lock(&mutex);
if(buffer_has_item==1){
consume_item(buffer);
buffer_has_item=0;
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_delay_np(&delay);
}
}
函數 pthread_mutex_init用來(lái)生成一個(gè)互斥鎖。NULL參數表明使用默認屬性。如果需要聲明特定屬性的互斥鎖，須調用函數 pthread_mutexattr_init。函數pthread_mutexattr_setpshared和函數 pthread_mutexattr_settype用來(lái)設置互斥鎖屬性。前一個(gè)函數設置屬性pshared，它有兩個(gè)取值， PTHREAD_PROCESS_PRIVATE和PTHREAD_PROCESS_SHARED。前者用來(lái)不同進(jìn)程中的線(xiàn)程同步，后者用于同步本進(jìn)程的不同線(xiàn)程。在上面的例子中，我們使用的是默認屬性PTHREAD_PROCESS_ PRIVATE。后者用來(lái)設置互斥鎖類(lèi)型，可選的類(lèi)型有PTHREAD_MUTEX_NORMAL、PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK、 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE和PTHREAD _MUTEX_DEFAULT。它們分別定義了不同的上所、解鎖機制，一般情況下，選用最后一個(gè)默認屬性。
需要注意的是在使用互斥鎖的過(guò)程中很有可能會(huì )出現死鎖：兩個(gè)線(xiàn)程試圖同時(shí)占用兩個(gè)資源，并按不同的次序鎖定相應的互斥鎖，例如兩個(gè)線(xiàn)程都需要鎖定互斥鎖1和互斥鎖2，a線(xiàn)程先鎖定互斥鎖1，b線(xiàn)程先鎖定互斥鎖2，這時(shí)就出現了死鎖。此時(shí)我們可以使用函數 pthread_mutex_trylock，它是函數pthread_mutex_lock的非阻塞版本，當它發(fā)現死鎖不可避免時(shí)，它會(huì )返回相應的信息，程序員可以針對死鎖做出相應的處理。另外不同的互斥鎖類(lèi)型對死鎖的處理不一樣，但最主要的還是要程序員自己在程序設計注意這一點(diǎn)。
3．條件變量
互斥鎖一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是它只有兩種狀態(tài)：鎖定和非鎖定。而條件變量通過(guò)允許線(xiàn)程阻塞和等待另一個(gè)線(xiàn)程發(fā)送信號的方法彌補了互斥鎖的不足，它常和互斥鎖一起使用。使用時(shí)，條件變量被用來(lái)阻塞一個(gè)線(xiàn)程，當條件不滿(mǎn)足時(shí)，線(xiàn)程往往解開(kāi)相應的互斥鎖并等待條件發(fā)生變化。一旦其它的某個(gè)線(xiàn)程改變了條件變量，它將通知相應的條件變量喚醒一個(gè)或多個(gè)正被此條件變量阻塞的線(xiàn)程。這些線(xiàn)程將重新鎖定互斥鎖并重新測試條件是否滿(mǎn)足。一般說(shuō)來(lái)，條件變量被用來(lái)進(jìn)行線(xiàn)承間的同步。
條件變量的結構為pthread_cond_t，函數pthread_cond_init（）被用來(lái)初始化一個(gè)條件變量。它的原型為：
int pthread_cond_init __P ((pthread_cond_t *__cond,__const pthread_condattr_t *__cond_attr));
其中cond是一個(gè)指向結構pthread_cond_t的指針，cond_attr是一個(gè)指向結構pthread_condattr_t的指針。結構 pthread_condattr_t是條件變量的屬性結構，和互斥鎖一樣我們可以用它來(lái)設置條件變量是進(jìn)程內可用還是進(jìn)程間可用，默認值是 PTHREAD_ PROCESS_PRIVATE，即此條件變量被同一進(jìn)程內的各個(gè)線(xiàn)程使用。注意初始化條件變量只有未被使用時(shí)才能重新初始化或被釋放。
在pthread中，條件變量是一個(gè)pthread_cond_t類(lèi)型的變量，條件變量使用下面兩個(gè)函數：
pthread_cond_wait函數用于阻塞，線(xiàn)程可以被函數pthread_cond_signal和函數 pthread_cond_broadcast喚醒，但是要注意的是，條件變量只是起阻塞和喚醒線(xiàn)程的作用，具體的判斷條件還需用戶(hù)給出，例如一個(gè)變量是否為0等等，這一點(diǎn)我們從后面的例子中可以看到。線(xiàn)程被喚醒后，它將重新檢查判斷條件是否滿(mǎn)足，如果還不滿(mǎn)足，一般說(shuō)來(lái)線(xiàn)程應該仍阻塞在這里，被等待被下一次喚醒。這個(gè)過(guò)程一般用while語(yǔ)句實(shí)現。
另一個(gè)用來(lái)阻塞線(xiàn)程的函數是pthread_cond_timedwait（）它比函數pthread_cond_wait（）多了一個(gè)時(shí)間參數，經(jīng)歷abstime段時(shí)間后，即使條件變量不滿(mǎn)足，阻塞也被解除。
函數pthread_cond_signal（）用來(lái)釋放被阻塞在條件變量cond上的一個(gè)線(xiàn)程。
函數pthread_cond_broadcast（pthread_cond_t *cond）用來(lái)喚醒所有被阻塞在條件變量cond上的線(xiàn)程。這些線(xiàn)程被喚醒后將再次競爭相應的互斥鎖，所以必須小心使用這個(gè)函數。
下面是使用函數pthread_cond_wait（）和函數pthread_cond_signal（）的一個(gè)簡(jiǎn)單的例子:
pthread_mutex_t count_lock;
pthread_cond_t count_nonzero;
unsigned count;
decrement_count () {
pthread_mutex_lock (&count_lock);
while(count==0)
pthread_cond_wait( &count_nonzero, &count_lock);
count=count -1;
pthread_mutex_unlock (&count_lock);
}
increment_count(){
pthread_mutex_lock(&count_lock);
if(count==0)
pthread_cond_signal(&count_nonzero);
count=count+1;
pthread_mutex_unlock(&count_lock);
}
count值為0時(shí)， decrement函數在pthread_cond_wait處被阻塞，并打開(kāi)互斥鎖count_lock。此時(shí)，當調用到函數 increment_count時(shí)，pthread_cond_signal（）函數改變條件變量，告知decrement_count（）停止阻塞。
