pthread小结

时间：2023-03-09 04:41:57
pthread小结

参考1 https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/

参考2 http://man7.org/linux/man-pages/man7/pthreads.7.html

join

  • int pthread_join(pthread_t, void**);阻塞调用线程，直至指定pthread_t线程终止
  • 在同一个线程中重复调用join会导致错误
  • 在创建线程的时候可以指定要创建的线程是否joinable，如果是，则可以join，否则(即detached)不可以。一般默认都是joinable
  • POSIX指出线程should指定为joinable
  • 如果确定一个线程需要join，那么最好明确指定该线程joinable，通过如下四步：
  1. Declare a pthread attribute variable of the pthread_attr_t data type
  2. Initialize the attribute variable with pthread_attr_init()
  3. Set the attribute detached status with pthread_attr_setdetachstate()
  4. When done, free library resources used by the attribute with pthread_attr_destroy() 
pthread_attr_t attr;

pthread_attr_init(&attr);

pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);

for(t=0; t<NUM_THREADS; t++) {

   printf("Main: creating thread %ld\n", t);

   rc = pthread_create(&thread[t], &attr, BusyWork, (void *)t);  //一个attr可以给多个线程使用

   if (rc) {

      printf("ERROR; return code from pthread_create() is %d\n", rc);

      exit(-1);

      }

   }

pthread_attr_destroy(&attr);    //记得释放资源。create执行完之后就可以释放，而不用等待线程结束
  • 如果确定一个线程不需要joinable，那么应该明确考虑设置属性为detached
  • 通过 pthread_detach()来设置线程为不可join，即使它被创建的时候被设置为joinable。这个动作不可逆

stack

  • POSIX没有规定创建的线程的stack大小是多少，这是由implementation决定的
  • pthread_attr_setstacksize 可以用来设置需要的stack大小
  • pthread_attr_getstackaddr和pthread_attr_setstackaddr可以用来设置stack需要放置到特定的内存区域
size_t stacksize;

pthread_attr_init(&attr);

pthread_attr_getstacksize (&attr, &stacksize);

printf("Default stack size = %li\n", stacksize);

size = 10000; //设置为10000bytes

pthread_attr_setstacksize (&attr, stacksize);

printf("set stack size = %li\n", stacksize);

pthread_create(&threads[t], &attr, dowork, (void *)t);

mutex

Creating and Destroying Mutexes

//destroy，成功则返回0

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

//动态初始化，成功则返回0. 如果attr为NULL，那么将使用默认属性，相当于PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

//使用默认参数静态初始化

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

//mutex属性

int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);

int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);
  • 被destroy的mutex可以使用pthread_mutex_init重新初始化
  • destroy一个处于lock状态的mutex，将会导致undefined行为
  • 只有mutex可以用来执行synchronization，用它的copies来执行lock,unlock和trylock将导致undefined
  • 不可以重复初始化已经初始化了的mutex

Locking and Unlocking Mutexes

//如果别的线程已经lock，那会一直阻塞当前线程直至获得锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
mutex类型 性质
PTHREAD_MUTEX_NORMAL 对mutex的重复lock，即本线程已经lock了mutex，在没有unlock之前又尝试lock，将导致死锁行为；unlock一个没有被本线程lock或者没有被任何线程lock的mutex，将导致未定义行为
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK 尝试重复lock一个mutex将不会死锁，而是返回一个错误值；unlock一个没有被本线程lock或者没有被任何线程lock的mutex，也会返回错误值
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE mutex可以被重复lock。每次lock会增加相关计数，直至通过unlock使计数达到0时，才可以被别的线程lock；unlock一个没有被本线程lock或者没有被任何线程lock的mutex，也会返回错误值
PTHREAD_MUTEX_DEFAULT 重复lock会导致未定义行为（NORMAL中会导致死锁）；unlock一个没有被本线程lock或者没有被任何线程lock的mutex，也将导致未定义行为。 不过，在NDK的定义中，直接把PTHREAD_MUTEX_DEFAULT = PTHREAD_MUTEX_NORMAL
  • pthread_mutex_trylock与pthread_mutex_lock只有一点区别：如果当前mutex被任意线程lock，pthread_mutex_trylock都将会立刻返回。如果mutex是PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE的，且mutex已经被当前调用线程lock，pthread_mutex_trylock也同样会导致计数增一，并返回success。
  • 如果正在等待lock的线程收到了一个signal，当其从signal handler返回之后，会继续等待lock，就和signal没有发生一样
  • 除非使用了 thread priority scheduling，否则多个正在等待lock的线程获得lock的情况可能多少有点random
  • 如果成功，这三个函数都是返回0，否则返回相应的error

Condition Variables

  • mutex通过控制对数据的访问权限来达到同步；而condition variables则基于数据的值来控制同步
  • 如果不使用condition variable，线程想要检查某个条件则只能通过轮询的方式，这将非常resource consuming，因为这期间线程将一直active。而使用condition variable则将在不使用轮询的情况下实现此目标
  • condition variable 经常和mutex一起使用

Creating and Destroying Condition Variables

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

int pthread_condattr_destroy(pthread_condattr_t *attr);

int pthread_condattr_init(pthread_condattr_t *attr);
  • destory正由某个线程用于block的cv将导致未定义行为
  • 只有cv自己能够用于同步，任何基于它的copies调用pthread_cond_wait(), pthread_cond_timedwait(), pthread_cond_signal(), pthread_cond_broadcast(), pthread_cond_destroy() 都会产生未定义行为
  • 初始化一个已经初始化的cv会导致未定义行为；已经destory的cv可以再次初始化；

Waiting and Signaling on Condition Variables

一般使用流程：

pthread小结

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex,

                            const struct timespec *restrict abstime);

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
  • 这两个函数将导致调用线程block on the condition variable, 并且需要传入一个由调用线程lock了的mutex，否则导致未定义行为
  • 如果在wait之前，没有明确lock对应mutex，可能并不会导致block
  • 这两个函数会原子的unlock the mutex，并且导致调用线程block on the condition variable。这里的原子的意味着：只要其他线程lock了这个mutex，那么这个线程对pthread_cond_broadcast()或pthread_cond_signal()的调用都会产生调用wait的线程已经blocked on the condition variable的效果。
  • 只要这两个函数返回，那么调用线程就已经lock了这个mutex
  • 虚假唤醒Spurious wakeups 可能会产生，而且这并不违反标准，所以，即使调用线程被唤醒，也不意味着对某个值做出某种保证，应该再次确认条件是否真的满足了。同时，考虑到线程之间的竞争，pthread_cond_timedwait由于超时返回之后，条件也可能已经满足。总之。任何时候wait返回，都需要重新评估条件是否满足，这点非常重要
  • 一旦线程waits on the condition variable，那么这个cv就和相应的mutex绑定了，在wait返回之前，不能再使用另外的mutex来调用wait，这会导致未定义行为
  • condition wait是一个cancellation point。未明白
  • 假设一个由于wait调用而block线程由于被canceled而unblocked，这个不会consume任何condition signal。
  • pthread_cond_timedwait()和pthread_cond_wait()是equivalent的，除了：当signaled或者broadcasted超过指定时间，pthread_cond_timedwait()就会返回返回error。同时，cv还可以支持 Clock Selection，选择不同的Clock来measure指定的时间
  • 当cv wait期间，一个signal产生了，那么cv可能会继续wait就像没有中断一样，或者这会形成一个spurious wakeup，返回0.

    推荐使用while循环替代if语句来检查当前条件是否真的满足，有如下三点好处：
  1. 如果有多个线程都是在wait相同过的wake up signal，那么当其他任意一个被waked up之后，他们都有可能更改条件值，而导致条件不满足
  2. 线程可能会因为程序bug而收到一个signal
  3. Pthreads library被容许产生虚假唤醒，而且这并不违反标准
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
  • 当多于一个线程在wait的时候，应该使用pthread_cond_broadcast()
  • 在signal之前，应该先lock对应mutex，然后在signal之后，应该unlock对应mutex。如果忘记了unlock，那么相应的wait线程会继续blocked，因为他们无法获得lock

结束线程

有：

其他函数

pthread_self

pthread_t pthread_self(void);返回调用线程的thread id

pthread_equal

int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);比较两个ID是否相等，如果相等则返回not-zero value，不相等则返回0。由于pthread_t结果opaque，所以不应该用==来比较

pthread_once

int pthread_once(pthread_once_t *once_control, void (*init_routine)(void));：在进程中，任何首次调用这个函数的线程，在pthread_once_t once_control = PTHREAD_ONCE_INIT的时候，会调用init_routine程序。并且当此函数返回的时候，init_routine已经执行完了（这里没有说init_routine会阻塞调用线程，可能考虑的是，当线程A已经调用init_routine，而另外一个线程B也调用了pthread_once，那么是否B也会等待A调用的init_routine执行完毕？）。如果成功完成，则pthread_once返回0。如果once_control参数不是PTHREAD_ONCE_INIT，那么行为将是undefined。在LinuxThreads中：

在LinuxThreads中，实际"一次性函数"的执行状态有三种：NEVER（0）、IN_PROGRESS（1）、DONE （2），如果once初值设为1，则由于所有pthread_once()都必须等待其中一个激发"已执行一次"信号，因此所有pthread_once ()都会陷入永久的等待中；如果设为2，则表示该函数已执行过一次，从而所有pthread_once()都会立即返回0。

这个函数在当无法编辑进程的main函数，比如写一个库的时候，就很有用。

TODO:如果多个线程使用的init_routine不相同怎么办？或者比如自己开发库，但是user的main中已经使用不同的init_routine调用了pthread_once，那么会是什么结果？

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