Thread簡介

Thread簡介

在同一個程式中的每個thread會共用全域記憶體, 包括

• 初始化資料(initialized data)
• 未初始化資料(uninitialized data)
• heap segment

使用fork()的問題：

• process之間資訊較難以共用
• 使用fork()建立process成本較高, 需要複製如page table和file descriptor table之類的各種process屬性

改用thread可以改善這些問題

• thread之間可以簡便快速的分享資訊, 只需要將資料複製共用變數中.
• fork()建立sub process需要複製許多屬性,  而thread本來就共用這些屬性

Thread共用屬性和各自有的屬性:

共用屬性：

• process ID 和 parent process ID
• process群組id和作業階段id(session ID)
• 控制終端機(controlling terminal)
• 行程憑證(process credential)(使用者ID與群組ID)
• 開啟的file descriptors
• 使用fcntl()建立的recording lock(紀錄鎖)
• signal處理
• 檔案系統的相關資訊: 權限遮罩(umask), 目前工作目錄和根目錄
• 間隔計時器(setitimer())與POSIX計時器(timer_create())
• System V(system v)號誌undo(semadj)
• 資源限制(resource limit)
• CPU時間消耗(由times()傳回)
• 資源消耗(由getrusage()傳回)
• nice值(由setpriority()與nice()設定)

各自擁有的屬性:

• thread ID
• 訊號遮罩(signal mask)
• 執行緒特有的資料
• 替代的訊號堆疊(sigaltstack())
• errno變數
• 浮點(floating-point)環境
• 即時排班策略(real-time scheduling policy)和優先權
• CPU affinity
• 能力(capability)
• 堆疊(stack), 區域變數和函式的呼叫連結

Pthread API簡介：

資料型別	說明
pthread_t	Thread ID Linux將其定義為無號長整數型別(unsigned long) Linux實作中 ThreadID在全部的process中也是唯一值
pthread_mutex_t	互斥(Mutex)
pthread_mutexattr_t	互斥屬性物件
pthread_cond_t	條件變數(condition variable)
pthread_condattr_t	條件變數的屬性物件
pthread_key_t	Thread特有的資料鍵(Key)
pthread_once_t	一次性的初始化控制上下文(One-time initialization control context)
pthread_attr_t	Thread的屬性物件

中止Thread的方式

• thread的start函式return並傳回指定回傳值
• thread呼叫pthread_exit()
• 使用pthread_cancel()取消thread
• 任何呼叫exit()的thread或主thread進行return都會導致process中的所有threads全部終止

Pthread函式操作

pthread_create()

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_atr_t *attr, void *(*start)(volid *    ), void *arg)

• 產生一個新的thread
• pthread_create()的thread會去執行start()函式, arg則是要傳給start函式的參數
• 通常arg是指向一個全域變數或堆積(heap)變數, 也可以設為NULL
• 傳遞多個arg給start()可以將arg指向一個struct的指標, 將參數放在該struct各欄位
• thread是一個buffer用來存threadID
• attr用來指定新thread的各種屬性, NULL為預設值

pthread_exit()

void pthread_exit(void *retval)

• 終止呼叫pthread_exit()的thread
• 呼叫pthread_exit()等同於在thread的start()中呼叫return
• retval指定thread的回傳值, 並建議retval所指定值不應該配置在stack中
• 主thread呼叫了pthread_exit()而非exit()或return, 則其他thread會繼續執行

pthread_self()

pthread_t pthread_self(void)

• 取得自己的threadID

pthread_equal()

int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2)

• 檢查兩個threadID是否相同
• 回傳非0表示相同, 回傳0表示不同

pthread_join()

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval)

• 此函式會等待為threadID的thread終止, 此操作稱為joining(併入)
• 若retval不為NULL會儲存終止的thread回傳值得副本. 此回傳值就是thread return或呼叫pthread_exit()所指定的值
• 不可重複joining同一個thread, 會發生無法預期的情形
• thread尚未分離(detached)若我們joining thread失敗的話會產生zombie thread. zombie thread多到一定數量就無法在產生新的thread

pthread_detach()

int pthread_detach(pthread_t thread)

• 不需要thread的回傳狀態, 只需要系統能在thread終止時去回收並清理thread.可以使用pthread_detach()將thread標示成detached狀態
• thread可以對自己標示成detached狀態
• pthread_deatch(pthread_self())
• 標示成detached的thread無法被其他thread使用pthread_join()來取得thread狀態
• 若其他thread呼叫exit(), detached thread仍會被終止

Thread屬性的使用範例

pthread_t thr;

pthread_attr_t attr;

int s;

s = pthread_attr_init(&attr);       /* Assigns default values */

if (s != 0)

   errExitEN(s, "pthread_attr_init");

s = pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

if (s != 0)

   errExitEN(s, "pthread_attr_setdetachstate");

s = pthread_create(&thr, &attr, threadFunc, (void *) 1);

if (s != 0)

   errExitEN(s, "pthread_create");

s = pthread_attr_destroy(&attr);    /* No longer needed */

if (s != 0)

   errExitEN(s, "pthread_attr_destroy");

s = pthread_join(thr, NULL);

if (s != 0)

   errExitEN(s, "pthread_join failed as expected");