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POSIX线程库

AkashiNeko原创Linux线程

pthread（POSIX Threads）是一个线程库，用于在类Unix操作系统中进行多线程编程。它定义了应用程序与操作系统之间的接口，使不同 Unix 系统上编写的程序可以具有可移植性。wikiopen in new window

pthread 的库文件位于 /usr/libx32/ 目录下，头文件位于 /usr/include/pthread.h。

$ ls /usr/libx32/libpthread*
/usr/libx32/libpthread.a  /usr/libx32/libpthread.so.0  /usr/libx32/libpthread_nonshared.a

$ ls /usr/include/pthread.h
/usr/include/pthread.h

如果使用了 pthread 库，编译时需要额外链接这个库。比如 g++ 编译器需要带上参数 -lpthread。

1. 线程的创建

pthread 库中提供了一系列的函数调用，它们都以 pthread_ 开头。要创建一个线程，需要使用其中的 pthread_create() 函数。

#include <pthread.h>

/* Thread identifiers. The structure of the attribute type is not exposed on purpose. */
typedef unsigned long int pthread_t;

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

参数说明

  • thread：进程标识符 TID，它的类型为 pthread_t，本质上是 unsigned long int，作为唯一标记某个线程的 ID。如果线程创建成功，它将以输出参数的形式返回。

  • attr：它可以指定新线程的一些属性，比如线程的栈大小、调度策略、优先级等。设为空指针时则使用默认的属性值。

  • start_routine：新线程的代码入口，它是指向参数为 void*，返回值为 void* 的函数指针。

  • arg：调用 start_routine 函数时使用的参数。

和使用 exit() 退出进程一样，线程也有类似的直接退出方法 pthread_exit()。因为线程的返回值是 void*，所以它需要一个该类型的参数。

#include <pthread.h>

[[noreturn]] void pthread_exit(void *retval);

2. 线程的回收

和内存申请，子进程创建一样，用完后的资源必须被回收。在线程退出之后，需要回收它的资源。 pthread 库中提供了 pthread_join() 函数，它可以让执行完的线程“加入”到当前的执行流，完成资源回收。

#include <pthread.h>

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

参数说明

  • thread：要回收的进程的 TID。

  • retval：它是 void** 类型的指针，用于接收线程函数 void* 类型的返回值。如果忽略返回值，可设为空指针。

如果待回收的线程还没有执行完，那么调用 pthread_join() 时会阻塞住，直到该线程执行完毕。

另外，在创建线程之后，可以使用 pthread_detach() 分离线程。这样当线程退出后，不需要再调用 pthread_join()，它会自动进行回收。

#include <pthread.h>

int pthread_detach(pthread_t thread);

也可以使用 pthread_cancel() 来取消一个线程，它可以终止指定线程的运行。这种做法是危险的，因为线程可能正在执行一个尚未完成的任务时被中断，造成的后果可能是难以预料的。

#include <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t thread);

3. 示例代码

使用以下代码，创建一个新线程，传入 "Hello" 参数，运行结束后返回 "World"。

void* routine(void* arg) {
    printf("%s\n", (const char*)arg);
    return (void*)"World";
}

int main() {
    pthread_t tid = 0UL;
    pthread_create(&tid, NULL, routine, (void*)"Hello");

    void* result = NULL;
    pthread_join(tid, &result);
    printf("%s\n", (const char*)result);
    return 0;
}

编译时链接 pthread 库。

gcc main.c -o main -lpthread

$ ./main 
Hello
World