线程控制

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我是靠谱客的博主从容发箍，最近开发中收集的这篇文章主要介绍线程控制，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

一、线程限制
1. 获取OS对于线程使用的限制指标：
下述4个指标可以使用sysconf函数获取，不同OS的支持情况也不同，参见P313,表12-1。四个限制值如下：
(1)、PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS:     线程退出时OS试图销毁线程私有数据的最大重试次数。(2)、PTHREAD_KEYS_MAX：进程可以创建的键的最大数目。
(3)、PTHREAD_STACK_MIN：一个线程的栈可用的最小字节数。
(4)、PTHREAD_THREADS_MAX：进程可以创建的最大线程数。
     尽管OS对于线程存在这四方面的限制，但是具体的限制值并不一定是可以被访问的，也不一定被sysconf函数支持（P314）。在编程时需要知道这四类限制存在，但不代表一定可以获取这四类限制的具体数值。
二、线程的属性
1.使用方法：
   初始化属性变量 à 设置属性值 à 在pthread_create的时候传入属性 --> 销毁属性
2. 属性变量的初始化和销毁：
   初始化属性变量：   pthread_attr_init( attr_ptr )
   销毁属性变量： pthread_attr_destory( attr_ptr )
   pthread_attr_destory可能会失败（如果正确初始化/设置属性，一般不会失败），但如果的确失败了，处理方法如下：
   a). 忽略 --> 可能会内存泄露
   b). 如果一定要清理，需要确保线程被销毁，然后再pthread_attr_destory
   c). 如果pthread_attr_init成功，而pthread_attr_destory失败，则无药可救
3. 线程属性列表，及编辑属性的API（func( *attr, *val1, [*val2] )）

注1：OS是否支持线程栈属性：
编译时，使用 _POSIX_PTHREAD_ATTR_STACKADDR, _POSIX_PTHREAD_ATTR_STACKSIZE
运行时，使用 _SC_THREAD_ATTR_STACKADDR, _SC_THREAD_ATTR_STACKSIZE为参数的sysconf函数确定。
XSI标准的OS，可以保证支持线程栈属性。但是POSIX标准的OS，不一定能保证。
注2：对新旧接口的支持
Linux 2.4.22, Mac OS X10.13 支持新接口
FreeBSD 5.2.1, Solaris 9 不支持新接口
注3：默认值为PAGE_SIZE，如果调用过系统栈设置函数，说明用户希望自己管理内存，系统默认的境界区内存会失效，相当于将警戒区内存大小设置为0
注4：如果用了大量的自动变量或者涉及很深的栈帧，则需要增大线程栈；
如果启动了大量的线程，累计的内存大小超过了可用的虚拟地址空间，则需要减少线程栈。
注5：malloc，mmap($14.9)一段地址空间，使用pthread_attr_setstack，attr参数地址与处理器结构相应的边界对齐
三、线程同步对象的属性：
为互斥量、读写锁、条件变量这三类同步对象设置属性，属性封装在另外一个struct中，成为属性对象。

1. 互斥量的属性：
(1). 使用方法：
初始化属性对象（mutex_attr_struct）à 设置属性(get/set) à 初始化互斥量对象(mutex struct)，同时传入属性对象(mutex_attr_struct) à 使用同步对象(mutexing) à 销毁同步对象(mutex_struct) à 销毁属性对象(mutex_attr_struct)
(2). 初始化/销毁：
pthread_mutexattr_init / pthread_mutexattr_destory
(3). 互斥量的多进程可见（PRIVATE/SHARED）属性
判断OS是否支持这个属性：
编译时的判定：_POSIX_THREAD_PROCESS_SHARED
运行时的判定：使用_SC_THREAD_PROCESS_SHARED为参数的sysconf函数
用途：
    PTHREAD_PROCESS_PRIVATE(默认)：只在单个进程中可见，但线程库可以使用更有效的实现。
    PTHREAD_PROCESS_SHARED：如果将属性为PTHREAD_PROCESS_SHARED的互斥量分配在多个进程的共享内存中，那么这些进程就都可以访问这个互斥量。
属性获取和设置的API：
    pthread_mutexattr_getpshared( *attr, *pshared )
    pthread_mutexattr_setpshared( *attr, pshared )
(3). 互斥量的类型属性：
各个类型的行为

2. 读写锁的属性：
只支持 PRIVATE/SHARED属性，决定该读写锁是否可以被多个进程共享
pthread_rwlockattr_init
pthread_rwlockattr_destory
pthread_rwlockattr_getshared
pthread_rwlockattr_setshared

3. 条件变量的属性
只支持 PRIVATE/SHARED属性，决定该条件变量是否可以被多个进程共享
pthread_condattr_init
pthread_condattr_destory
pthread_condattr_getpshared
pthread_condattr_setshared

四、线程安全的函数
1. 线程安全的函数与可重入的函数：
(1). 线程安全函数：指一个函数可以在同一时刻，被多个线程安全地调用。
(2). 可重入的函数：在执行过程中，可以被信号处理程序临时中断，在信号处理程序结束完之后，能够继续正确地执行的函数(P246)
(3). 线程安全函数不一定是可重入的，反之亦然。
(4). 既是线程安全，又可重入的函数，被称为异步—可重入函数。
2. 判断函数是否是线程安全的：
(1). 在POSIX.1 中，不保证线程安全的函数： P324 表12-5
( ctermid,tmpnam,wcrtomb,wcsrtombs 比较特殊，要看传入的参数 )
(2). 用来替代的，线程安全版本的函数（需要OS支持）：P325 表12-6
通过 _POSIX_THREAD_SAFE_FUNCTIONS 或者参数为 _SC_THREAD_SAFE_FUNCTIONS的sysconf函数来判断OS是否提供了线程安全版本的函数。

五、线程私有数据
1. 用途：
每个线程有一个独立的副本，互不影响，给基于进程的接口提供了一个适应多线程环境的机会（注：使用线程id作为数组下标，存放线程私有数据的方法是错误的）
2. 使用方法：
pthread_key_create(key,destruct_func)：创建一个键
pthread_getspecific(key)：获取线程私有数据的地址（还没有set时，返回NULL）
pthread_setspecific(key, val)：设置线程私有数据的地址
pthread_key_delete(key,destruct_func)：
(1)、pthread_key_create( key, destruct_func )：
初始化key，传入析构函数，“thread_private_data_addr[key]”(存放线程私有数据的内存地址)是NULL。
* 每个线程最多能分配多少个key(OS限制)：
12-1: PHTREAD_KEYS_MAX
* 析构函数何时有效并被执行：
在“thread_private_data_addr[key]”为非空时有效。
在线程调用pthread_exit,执行返回，正常退出时，会被自动调用。
在线程调用了exit,_exit,_Exit,abort或其他非正常退出时，不会被调用。
如果存放线程私有数据的地址是malloc的，可能会因异常退出而导致内存泄露。
* 析构函数的递归调用：
析构函数中可能分配并使用了其他的key，在所有析构函数执行完之后，OS再次检查是否有需要析构的私有数据，直到最大尝试次数（PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS）
* 多个线程创建同一个key：
多个线程创建同一个key时，只需要create一次。为了确保不会多次create，并且不发生竞争条件。pthread_key_create需要用PTHREAD_ONCE_INIT来调用，仅仅由第一个执行pthread_key_create来调用。
(2)、pthread_getspecific：
* 获取线程私有数据的地址。
(3)、pthread_setspecific(key, value)：
* 设置线程私有数据的地址。
(4)、pthread_key_delete(key):
* 解除key与线程私有数据之间的绑定（但是不会调用析构函数）

六、线程和信号
1. 线程对于信号的处理行为（屏蔽字，处理方法，递送，屏蔽字继承）
--> 线程的信号屏蔽字（独有）：每个线程有自己的信号屏蔽字
--> 新建的线程会继承现有的信号屏蔽字（P336）
--> 信号处理方法（共享）：所有线程共享信号处理方法
带来的问题：修改处理函数，设置处理方式（DEFAULT,IGNORE,…）都会影响其他线程
--> 信号递送（不同信号递送方式不同）：
硬件/计时器引起的信号à递送到新发信号的线程
其他信号 --> 递送到所有线程
2. 线程处理信号的API：
(1). pthread_sigmask：用来为线程阻塞信号
(2). sigwait：等待信号发生
--> 如果等待的信号处于未决状态：sigwait将无阻塞地返回
--> 在调用sigwait之前，需要先屏蔽所等待的信号：sigwait将自动解除阻屏蔽，在处理完信号之后，将恢复线程的信号屏蔽。
--> 如果有多个线程等待同一个信号：只有一个线程会被唤醒。
--> 如果信号被设置了捕捉函数，同时又调用了sigwait：时调用了捕捉函数，还是sigwait函数返回，是不确定的，取决于OS。
--> Alarm是进程资源，多个线程不可能互不影响地使用alarm（$习题12.6）
(3). pthread_kill：发送信号到指定的线程
--> 可以用pthread_kill(thread, 0 )来检查thread是否还存在（前提是默认处理动作不是终止进程）

七、线程和fork
1. 多线程的process在fork的时候发生了什么？问题是什么？
多线程的process在fork的时候：
为子进程创建了整个地址空间的副本，子进程从父进程继承了所有的（1）互斥量（2）读写锁（3）条件变量。但是子进程中，只有一个线程（调用fork的那个线程）。
问题:
继承了锁，却有可能没有继承占有这些锁的线程。
解决方法：
pthread_atfork( void (*prepare)(void), void (*parent)(void), void (*child)(void) )
用这个函数来注册锁清理函数。prepare在fork之前被调用，parent在fork之后的父进程地址空间被调用，child在fork之后子进程的地址空间被调用。（三个函数都可以传入空指针）。
可以注册多套，parpare的调用顺序与注册顺序相反，parent和child则相同。这样可以由不同的模块来注册需要清除的锁。
由于fork会复制地址空间（同时也复制了锁），因此fork之前加锁一次，fork之后子进程和父进程都需要各自解锁一次。P338
2. 条件变量是否也可以清除？
有些OS不需要清理条件变量。
有些则把锁作为条件变量的一部分（锁被嵌入到条件变量的数据结构中），此时就需要清理，但问题是没有可移植的接口可以用来清理，因此fork之后也就不能使用这些条件变量了（有的操作系统使用了全局锁保护条件变量，这些OS可以在fork的库函数中清理）。
八、多线程对文件的读写：
1. pread, pwrite：
将lseek与read（或write）合并成一个原子操作，解决并发线程对同一个文件读写的问题。