POSIX多线程程序设计(zh-2003.4)

青旅半醒 2022-01-21 07:17 256阅读 0赞

**转载:** [https://www.cnblogs.com/mywolrd/archive/2009/02/05/1930707.html][https_www.cnblogs.com_mywolrd_archive_2009_02_05_1930707.html]

**并对部分内容进行详细解释。**

### 文章目录 ###

*  摘要
 *  Pthreads 概述
 *   *  什么是线程?
     *  什么是Pthreads?
     *  为什么使用Pthreads?
     *  使用线程设计程序
     *   *  并行编程:
 *  Pthreads API
 *  编译多线程程序
 *  线程管理
 *   *  创建和终止线程
     *  向线程传递参数
     *  连接（Joining）和分离（ Detaching）线程
     *  栈管理
     *  其它函数
 *  互斥量（Mutex Variables）
 *   *  互斥量概述
     *  创建和销毁互斥量
     *  锁定（Locking）和解锁（Unlocking）互斥量
     *   *  pthread\_create 参数传递指针问题(创建多线程时，循环变量的传递)
 *  条件变量（Condition Variable）
 *   *  条件变量概述
     *  创建和销毁条件变量
     *  等待（Waiting）和发送信号（Signaling）
     *   *  例子：使用条件变量
 *  没有覆盖的主题
 *  Pthread 库API参考
 *  参考资料

# 摘要 #

在多处理器共享内存的架构中（如：对称多处理系统SMP），线程可以用于实现程序的并行性。历史上硬件销售商实现了各种私有版本的多线程库，使得软件开发者不得不关心它的移植性。对于UNIX系统，IEEE POSIX 1003.1标准定义了一个C语言多线程编程接口。依附于该标准的实现被称为POSIX theads 或 Pthreads。

该教程介绍了Pthreads的概念、动机和设计思想。内容包含了Pthreads API主要的三大类函数：线程管理（Thread Managment）、互斥量（Mutex Variables）和条件变量（Condition Variables）。向刚开始学习Pthreads的程序员提供了演示例程。

适于：刚开始学习使用线程实现并行程序设计；对于C并行程序设计有基本了解。不熟悉并行程序设计的可以参考[EC3500: Introduction To Parallel Computing][EC3500_ Introduction To Parallel Computing]。

# Pthreads 概述 #

## 什么是线程? ##

*  技术上，线程可以定义为：可以被操作系统调度的独立的指令流。但是这是什么意思呢？
 *  对于软件开发者，在主程序中运行的“函数过程”可以很好的描述线程的概念。
 *  进一步，想象下主程序（a.out）包含了许多函数，操作系统可以调度这些函数，使之同时或者（和）独立的执行。这就描述了“多线程”程序。
 *  怎样完成的呢？
 *  在理解线程之前，应先对UNIX进程（process）有所了解。进程被操作系统创建，需要相当多的“额外开销”。进程包含了程序的资源和执行状态信息。如下：
    
     *  进程ID，进程group ID，用户ID和用户组group ID
     *  环境
     *  工作目录
     *  程序指令
     *  寄存器
     *  栈
     *  堆
     *  文件描述符
     *  信号动作（Signal actions）
     *  共享库
     *  进程间通信工具（如：消息队列，管道，信号量或共享内存）  
        ![unix进程和Unix进程下的一个线程实例][unix_Unix]
 *  线程使用并存在于进程资源中，还可以被操作系统调用并独立地运行，这主要是因为线程仅仅复制必要的资源以使自己得以存在并执行。
 *  独立的控制流得以实现是因为线程维持着自己的：
    
     *  堆栈指针
     *  寄存器
     *  调度属性（如：策略或优先级）
     *  待定的和阻塞的信号集合（Set of pending and blocked signals）
     *  线程专用数据（TSD：Thread Specific Data.）
 *  因此，在UNIX环境下线程：
    
     *  存在于进程，使用进程资源
     *  拥有自己独立的控制流，只要父进程存在并且操作系统支持
     *  只复制必可以使得独立调度的必要资源
     *  可以和其他线程独立（或非独立的）地共享进程资源
     *  当父进程结束时结束
     *  是“轻型的”，因为大部分额外开销已经在进程创建时完成了
 *  因为在同一个进程中的线程共享资源：
    
     *  一个线程对系统资源（如关闭一个文件）的改变对所有其它线程是可以见的
     *  两个同样值的指针指向相同的数据
     *  读写同一个内存位置是可能的，因此需要成员显式地使用同步

## 什么是Pthreads? ##

*  历史上，硬件销售商实现了私有版本的多线程库。这些实现在本质上各自不同，使得程序员难于开发可移植的应用程序。
 *  为了使用线程所提供的强大优点，需要一个标准的程序接口。对于UNIX系统，IEEE POSIX 1003.1c（1995）标准制订了这一标准接口。依赖于该标准的实现就称为POSIX threads 或者Pthreads。现在多数硬件销售商也提供Pthreads，附加于私有的API。
 *  Pthreads被定义为一些C语言类型和函数调用，用pthread.h头（包含）文件和线程库实现。这个库可以是其它库的一部分，如libc。

## 为什么使用Pthreads? ##

*  使用Pthreads的主要动机是提高潜在程序的性能。
 *  当与创建和管理进程的花费相比，线程可以使用操作系统较少的开销，管理线程需要较少的系统资源。
    
    例如，下表比较了fork()函数和pthread\_create()函数所用的时间。计时反应了50,000个进程/线程的创建，使用时间工具实现，单位是秒，没有优化标志。
    
    备注：不要期待系统和用户时间加起来就是真实时间，因为这些SMP系统有多个CPU同时工作。这些都是近似值。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2poc3dvcmQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]
 *  在同一个进程中的所有线程共享同样的地址空间。较于进程间的通信，在许多情况下线程间的通信效率比较高，且易于使用。
 *  较于没有使用线程的程序，使用线程的应用程序有潜在的性能增益和实际的优点：
    
     *  CPU使用I/O交叠工作：例如，一个程序可能有一个需要较长时间的I/O操作，当一个线程等待I/O系统调用完成时，CPU可以被其它线程使用。
     *  优先/实时调度：比较重要的任务可以被调度，替换或者中断较低优先级的任务。
     *  异步事件处理：频率和持续时间不确定的任务可以交错。例如，web服务器可以同时为前一个请求传输数据和管理新请求。
 *  考虑在SMP架构上使用Pthreads的主要动机是获的最优的性能。特别的，如果一个程序使用MPI在节点通信，使用Pthreads可以使得节点数据传输得到显著提高。
 *  例如：
    
     *  MPI库经常用共享内存实现节点任务通信，这至少需要一次内存复制操作（进程到进程）。
     *  Pthreads没有中间的内存复制，因为线程和一个进程共享同样的地址空间。没有数据传输。变成cache-to-CPU或memory-to-CPU的带宽（最坏情况），速度是相当的快。
     *  比较如下：  
        ![在这里插入图片描述][20190608233330198.png]

**Note : MPI (MultiPointInterface)多点接口**

MPI是一个跨语言的通讯协议，用于编写并行计算机。支持点对点和广播。MPI是一个信息传递应用程序接口，包括协议和和语义说明，他们指明其如何在各种实现中发挥其特性。MPI的目标是高性能，大规模性，和可移植性。MPI在今天仍为高性能计算的主要模型。

主要的MPI-1模型不包括共享内存概念，MPI-2只有有限的分布共享内存概念。 但是MPI程序经常在共享内存的机器上运行。在MPI模型周边设计程序比在NUMA架构下设计要好因为MPI鼓励内存本地化。

尽管MPI属于OSI参考模型的第五层或者更高，他的实现可能通过传输层的sockets和Transmission Control Protocol (TCP)覆盖大部分的层。大部分的MPI实现由一些指定惯例集（API）组成，可由C,C++,Fortran,或者有此类库的语言比如C\#, Java or Python直接调用。MPI优于老式信息传递库是因为他的可移植性和速度。

## 使用线程设计程序 ##

### 并行编程: ###

*  在现代多CPU机器上，pthread非常适于并行编程。可以用于并行程序设计的，也可以用于pthread程序设计。
 *  并行程序要考虑许多，如下：
    
     *  用什么并行程序设计模型？
     *  问题划分
     *  加载平衡（Load balancing）
     *  通信
     *  数据依赖
     *  同步和竞争条件
     *  内存问题
     *  I/O问题
     *  程序复杂度
     *  程序员的努力/花费/时间
 *  包含这些主题超出本教程的范围，有兴趣的读者可以快速浏览下[“Introduction to Parallel Computing][Introduction to Parallel Computing]”教程。
 *  大体上，为了使用Pthreads的优点，必须将任务组织程离散的，独立的，可以并发执行的。例如，如果routine1和routine2可以互换，相互交叉和（或者）重叠，他们就可以线程化。
 *  拥有下述特性的程序可以使用pthreads：
    
     *  工作可以被多个任务同时执行，或者数据可以同时被多个任务操作。
     *  阻塞与潜在的长时间I/O等待。
     *  在某些地方使用很多CPU循环而其他地方没有。
     *  对异步事件必须响应。
     *  一些工作比其他的重要（优先级中断）。
 *  Pthreads 也可以用于串行程序，模拟并行执行。很好例子就是经典的web浏览器，对于多数人，运行于单CPU的桌面机器，许多东西可以同时“显示”出来。
 *  **使用线程编程的几种常见模型：**
    
     *  **管理者/工作者（Manager/worker）**：一个单线程，作为管理器将工作分配给其它线程（工作者），典型的，管理器处理所有输入和分配工作给其它任务。至少两种形式的manager/worker模型比较常用：静态worker池和动态worker池。
     *  **管道（Pipeline）**：任务可以被划分为一系列子操作，每一个被串行处理，但是不同的线程并发处理。汽车装配线可以很好的描述这个模型。
     *  **Peer**: 和manager/worker模型相似，但是主线程在创建了其它线程后，自己也参与工作。

**共享内存模型（Shared Memory Model）:**

*  所有线程可以访问全局，共享内存
 *  线程也有自己私有的数据
 *  程序员负责对全局共享数据的同步存取（保护）

**线程安全（Thread-safeness）:**

*  线程安全：简短的说，指程序可以同时执行多个线程却不会“破坏“共享数据或者产生“竞争”条件的能力。
 *  例如：假设你的程序创建了几个线程，每一个调用相同的库函数：
    
     *  这个库函数存取/修改了一个全局结构或内存中的位置。
     *  当每个线程调用这个函数时，可能同时去修改这个全局结构活内存位置。
     *  如果函数没有使用同步机制去阻止数据破坏，这时，就不是线程安全的了。
 *  如果你不是100%确定外部库函数是线程安全的，自己负责所可能引发的问题。
 *  建议：当不能明确确定是否是线程安全的,就必须小心使用库或者对象。若有疑虑，假设其不是线程安全的直到可以证明它是安全的。可以通过不断地使用不确定的函数找出问题所在。

# Pthreads API #

*  Pthreads API在ANSI/IEEE POSIX 1003.1 – 1995标准中定义。不像MPI，该标准不是免费的，必须向IEEE购买。
 *  Pthreads API中的函数可以非正式的划分为三大类：
    
     *  **线程管理（Thread management）**: 第一类函数直接用于线程：创建（creating），分离（detaching），连接（joining）等等。包含了用于设置和查询线程属性（可连接，调度属性等）的函数。
     *  **互斥量（Mutexes）**: 第二类函数是用于线程同步的，称为互斥量（mutexes），是"mutual exclusion"的缩写。Mutex函数提供了创建，销毁，锁定和解锁互斥量的功能。同时还包括了一些用于设定或修改互斥量属性的函数。
     *  **条件变量（Condition variables）**：第三类函数处理共享一个互斥量的线程间的通信，基于程序员指定的条件。这类函数包括指定的条件变量的创建，销毁，等待和受信（signal）。设置查询条件变量属性的函数也包含其中。  
        命名约定：线程库中的所有标识符都以pthread开头  
        ![在这里插入图片描述][20190608235515946.png]
 *  在API的设计中充满了不透明对象的概念，基本调用可以创建或修改不透明对象。不透明的对象可以被一些属性函数调用修改。
 *  Pthread API包含了60多个函数。该教程仅限于一部分（对于刚开始学习Pthread的程序是非常有用的）。
 *  为了可移植性，使用Pthread库时，pthread.h头文件必须在每个源文件中包含。
 *  现行POSIX标准仅定义了C语言的使用。Fortran程序员可以嵌入C函数调用使用，有些Fortran编译器（像IBM AIX Fortran）可能提供了Fortran pthreads API。
 *  关于Pthreads有些比较优秀的书籍。其中一些在该教程的参考一节列出。

# 编译多线程程序 #

下表列出了一些编译使用了pthreads库程序的命令：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2poc3dvcmQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

# 线程管理 #

## 创建和终止线程 ##

**函数：**

int pthread_create(pthread_t *tidp,const pthread_attr_t *attr,
    	(void*)(*start_routine)(void*),void *arg);
    void pthread_exit( void * value_ptr );
    int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
    int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

**创建线程:**

*  最初，main函数包含了一个缺省的线程。其它线程则需要程序员显式地创建。
 *  pthread\_create 创建一个新线程并使之运行起来。该函数可以在程序的任何地方调用。
 *  pthread\_create参数：
    
     *  tidp：返回一个不透明的，唯一的新线程标识符。
     *  attr：不透明的线程属性对象。可以指定一个线程属性对象，或者NULL为缺省值。
     *  start\_routine：线程将会执行一次的C函数。
     *  arg: 传递给start\_routine单个参数，传递时必须转换成指向void的指针类型。没有参数传递时，可设置为NULL。
 *  pthread\_create 返回值： 若线程创建成功，则返回0。若线程创建失败，则返回出错编号，并且\*thread中的内容是未定义的。
 *  一个进程可以创建的线程最大数量取决于系统实现。
 *  一旦创建，线程就称为peers（资源共享者），可以创建其它线程。线程之间没有指定的结构和依赖关系。

**Q：一个线程被创建后，怎么知道操作系统何时调度该线程使之运行？**  
**A：除非使用了Pthreads的调度机制，否则线程何时何地被执行取决于操作系统的实现。健壮的程序应该不依赖于线程执行的顺序。**

**线程属性:**

*  线程被创建时会带有默认的属性。其中的一些属性可以被程序员用线程属性对象来修改。
 *  pthread\_attr\_init 和 pthread\_attr\_destroy用于初始化/销毁生成属性对象。 返回值：0 - 成功，非0 - 失败。
 *  其它的一些函数用于查询和设置线程属性对象的指定属性。
 *  一些属性下面将会讨论。

线程属性说明：

refer : https://blog.csdn.net/sinat\_36184075/article/details/71598639

typedef struct
    {
        
           int                       detachstate;   // 线程的分离状态
           int                       schedpolicy;   // 线程调度策略
           structsched_param         schedparam;    // 线程的调度参数
           int                       inheritsched;  // 线程的继承性
           int                       scope;         // 线程的作用域
           size_t                    guardsize;     // 线程栈末尾的警戒缓冲区大小
           int                       stackaddr_set; // 线程的栈设置
           void*                     stackaddr;     // 线程栈的位置
           size_t                    stacksize;     // 线程栈的大小
    } pthread_attr_t;

**结束终止:**

*  结束线程的方法有一下几种：
    
     *  线程从主线程（main函数的初始线程）返回。
     *  线程调用了pthread\_exit函数。
     *  其它线程使用 pthread\_cancel函数结束线程。
     *  调用exec或者exit函数，整个进程结束。
 *  pthread\_exit用于显式退出线程。典型地，pthread\_exit()函数在线程完成工作时，不在需要时候被调用，退出线程。
 *  **如果main()在其他线程未退出前用pthread\_exit()退出了，其他线程将会继续执行。否则，他们会随着main的结束而终止。**
 *  程序员可以可选择的指定终止状态，当任何线程连接（join）该线程时，该状态就返回给连接（join）该线程的线程。
 *  清理：pthread\_exit()函数并不会关闭文件，任何在线程中打开的文件将会一直处于打开状态，直到线程结束。
 *  **讨论：对于正常退出，可以免于调用pthread\_exit()。当然，除非你想返回一个返回值。然而，在main中，有一个问题，就是当main结束时，其它线程还没有被创建。如果此时没有显式的调用pthread\_exit()，当main结束时，进程（和所有线程）都会终止。*可以在main中调用pthread\_exit()，此时尽管在main中已经没有可执行的代码了，进程和所有线程将保持存活状态***。

**例子: Pthread 创建和终止**

*  该例用pthread\_create()创建了5个线程。每一个线程都会打印一条“Hello World”的消息，然后调用pthread\_exit()终止线程。

// Example Code - Pthread Creation and Termination 
 
 #include <pthread.h> 
 #include <stdio.h> 
 #define NUM_THREADS 5 
 
 void *PrintHello(void *threadid) 
 {
 
 int tid; 
 tid = (int)threadid; 
 printf("Hello World! It's me, thread #%d!\n", tid); 
 pthread_exit(NULL); 
 } 
 
 int main (int argc, char *argv[]) 
 {
 
 pthread_t threads[NUM_THREADS]; 
 int rc, t; 
 for(t=0; t<NUM_THREADS; t++){
 
 printf("In main: creating thread %d\n", t); 
 rc = pthread_create(&threads[t], NULL, PrintHello, (void *)t); 
 if (rc){
 
 printf("ERROR; return code from pthread_create() is %d\n", rc); 
 exit(-1); 
 } 
 } 
 pthread_exit(NULL); 
 }

## 向线程传递参数 ##

*  thread\_create()函数允许程序员让线程的start routine传递一个参数。**当多个参数需要被传递时，可以通过定义一个结构体包含所有要传的参数，然后用pthread\_create()传递一个指向改结构体的指针，来打破传递参数的个数的限制**。
 *  所有参数都应该传引用传递并转化成（void\*）。

**Q：怎样安全地向一个新创建的线程传递数据？**  
**A：确保所传递的数据是线程安全的（不能被其他线程修改）。**

下面三个例子演示了那个应该和那个不应该。

Example 1 - Thread Argument Passing

下面的代码片段演示了如何向一个线程传递一个简单的整数。主线程为每一个线程使用一个唯一的数据结构，确保每个线程传递的参数是完整的。

int *taskids[NUM_THREADS]; 
 
 for(t=0; t<NUM_THREADS; t++) 
 {
 
 taskids[t] = (int *) malloc(sizeof(int)); 
 *taskids[t] = t; 
 printf("Creating thread %d\n", t); 
 rc = pthread_create(&threads[t], NULL, PrintHello, (void *) taskids[t]); 
 ... 
 }

Example 2 - Thread Argument Passing

例子展示了用结构体向线程设置/传递参数。每个线程获得一个唯一的结构体实例。

struct thread_data{
         
       int  thread_id; 
       int  sum; 
       char *message; 
    
    }; 
    
    struct thread_data thread_data_array[NUM_THREADS]; 
    
    void *PrintHello(void *threadarg) 
    {
         
       struct thread_data *my_data; 
       ... 
    
       my_data = (struct thread_data *) threadarg; 
       taskid = my_data->thread_id; 
       sum = my_data->sum; 
       hello_msg = my_data->message; 
       ... 
    } 
     
    int main (int argc, char *argv[]) 
    {
         
       ... 
       thread_data_array[t].thread_id = t; 
       thread_data_array[t].sum = sum; 
       thread_data_array[t].message = messages[t]; 
       rc = pthread_create(&threads[t], NULL, PrintHello,  
            (void *) &thread_data_array[t]); 
       ... 
    }

Example 3 - Thread Argument Passing (Incorrect)

例子演示了错误地传递参数。循环会在线程访问传递的参数前改变传递给线程的地址的内容。

int rc, t; 
 for(t=0; t<NUM_THREADS; t++) 
 {
 
 printf("Creating thread %d\n", t); 
 rc = pthread_create(&threads[t], NULL, PrintHello, 
 (void *) &t); 
 ... 
 }

## 连接（Joining）和分离（ Detaching）线程 ##

**函数:**

int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);
    int pthread_detach(pthread_t thread);
    int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *attr,
                  int *detachstate);
    int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);

**连接:**

*  “连接”是一种在线程间完成同步的方法。
 *  pthread\_join()函数阻赛调用线程直到threadid所指定的线程终止。
 *  如果在目标线程中调用pthread\_exit()，程序员可以在主线程中获得目标线程的终止状态。
 *  连接线程只能用pthread\_join()连接一次。若多次调用就会发生逻辑错误。
 *  两种同步方法，**互斥量（mutexes）和条件变量（condition variables）**，稍后讨论。

**可连接（Joinable or Not）?**

*  当一个线程被创建，它有一个属性定义了它是可连接的（joinable）还是分离的（detached）。只有是可连接的线程才能被连接（joined），若果创建的线程是分离的，则不能连接。
 *  POSIX标准的最终草案指定了线程必须创建成可连接的。然而，并非所有实现都遵循此约定。
 *  使用pthread\_create()的attr参数可以显式的创建可连接或分离的线程，典型四步如下：
    
     *  声明一个pthread\_attr\_t数据类型的线程属性变量
     *  用 pthread\_attr\_init()初始化改属性变量
     *  用pthread\_attr\_setdetachstate()设置可分离状态属性
     *  完了后，用pthread\_attr\_destroy()释放属性所占用的库资源

**分离（Detaching）：**

*  pthread\_detach()可以显式用于分离线程，尽管创建时是可连接的。
 *  没有与pthread\_detach()功能相反的函数

**建议：**

*  若线程需要连接，考虑创建时显式设置为可连接的。因为并非所有创建线程的实现都是将线程创建为可连接的。
 *  若事先知道线程从不需要连接，考虑创建线程时将其设置为可分离状态。一些系统资源可能需要释放。

**例子: Pthread Joining**

Example Code - Pthread Joining

这个例子演示了用Pthread join函数去等待线程终止。因为有些实现并不是默认创建线程是可连接状态，例子中显式地将其创建为可连接的。

#include <pthread.h> 
 #include <stdio.h> 
 #include <stdlib.h> 
 #define NUM_THREADS 3 
 
 void *BusyWork(void *null) 
 {
 
 int i; 
 double result=0.0; 
 for (i=0; i<1000000; i++) 
 {
 
 result = result + (double)rand(); 
 } 
 printf("result = %e\n",result); 
 pthread_exit((void *) 0); 
 } 
 
 int main (int argc, char *argv[]) 
 {
 
 pthread_t thread[NUM_THREADS]; 
 pthread_attr_t attr; 
 int rc, t; 
 void *status; 
 
 /* Initialize and set thread detached attribute */ 
 pthread_attr_init(&attr); 
 pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE); 
 
 for(t=0; t<NUM_THREADS; t++) 
 {
 
 printf("Creating thread %d\n", t); 
 rc = pthread_create(&thread[t], &attr, BusyWork, NULL); 
 if (rc) 
 {
 
 printf("ERROR; return code from pthread_create() is %d\n", rc); 
 exit(-1); 
 } 
 } 
 
 /* Free attribute and wait for the other threads */ 
 pthread_attr_destroy(&attr); 
 
 for(t=0; t<NUM_THREADS; t++) 
 {
 
 rc = pthread_join(thread[t], &status); 
 if (rc) 
 {
 
 printf("ERROR; return code from pthread_join()is %d\n", rc); 
 exit(-1); 
 } 
 printf("Completed join with thread %d status= %ld\n",t, (long)status); 
 } 
 pthread_exit(NULL); 
 }

## 栈管理 ##

**函数**

int pthread_attr_getstacksize(const pthread_attr_t *restrict attr,
                  size_t *restrict stacksize);
    int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize);
    int pthread_attr_getstackaddr(const pthread_attr_t *restrict attr,
                  void **restrict stackaddr);
    int pthread_attr_setstackaddr(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr);

**防止栈问题:**

*  POSIX标准并没有指定线程栈的大小，依赖于实现并随实现变化。
 *  很容易超出默认的栈大小，常见结果：程序终止或者数据损坏。
 *  安全和可移植的程序应该不依赖于默认的栈限制，但是取而代之的是用pthread\_attr\_setstacksize分配足够的栈大小。
 *  pthread\_attr\_getstackaddr和pthread\_attr\_setstackaddr函数可以被程序用于将栈设置在指定的内存区域。

在LC上的一些实际例子:

*  默认栈大小经常变化很大，最大值也变化很大，可能会依赖于每个节点的线程数目。  
    ![在这里插入图片描述][20190609012740286.png]

**例子: 栈管理**

Example Code - Stack Management

这个例子演示了如何去查询和设定线程栈大小。

#include <pthread.h> 
 #include <stdio.h> 
 #define NTHREADS 4 
 #define N 1000 
 #define MEGEXTRA 1000000 
 
 pthread_attr_t attr; 
 
 void *dowork(void *threadid) 
 {
 
 double A[N][N]; 
 int i,j,tid; 
 size_t mystacksize; 
 tid = (int)threadid; 
 
 pthread_attr_getstacksize (&attr, &mystacksize); 
 printf("Thread %d: stack size = %li bytes \n", tid, mystacksize); 
 for (i=0; i<N; i++) 
 for (j=0; j<N; j++) 
 A[i][j] = ((i*j)/3.452) + (N-i); 
 pthread_exit(NULL); 
 } 
 
 int main(int argc, char *argv[]) 
 {
 
 pthread_t threads[NTHREADS]; 
 size_t stacksize; 
 int rc, t;
 
 pthread_attr_init(&attr); 
 pthread_attr_getstacksize (&attr, &stacksize); 
 printf("Default stack size = %li\n", stacksize); 
 stacksize = sizeof(double)*N*N+MEGEXTRA; 
 printf("Amount of stack needed per thread = %li\n",stacksize); 
 pthread_attr_setstacksize (&attr, stacksize); 
 printf("Creating threads with stack size = %li bytes\n",stacksize); 
 
 for(t=0; t<NTHREADS; t++){
 
 rc = pthread_create(&threads[t], &attr, dowork, (void *)t); 
 if (rc){
 
 printf("ERROR; return code from pthread_create() is %d\n", rc); 
 exit(-1); 
 } 
 } 
 
 printf("Created %d threads.\n", t); 
 pthread_exit(NULL); 
 }

## 其它函数 ##

pthread_t pthread_self(void);
    int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

*  pthread\_self返回调用该函数的线程的唯一系统分配的线程ID。
 *  pthread\_equal比较两个线程ID,若不同返回0，否则返回非0值。
 *  注意这两个函数中的线程ID对象是不透明的，不是轻易能检查的。因为线程ID是不透明的对象，所以C语言的==操作符不能用于比较两个线程ID。

int pthread_once(pthread_once_t *once_control,void (*init_routine)(void));

*  pthread\_once 在一个进程中仅执行一次init\_routine。任何线程第一次调用该函数会执行给定的init\_routine，不带参数，任何后续调用都没有效果。
 *  init\_routine函数一般是初始化的程序
 *  once\_control参数是一个同步结构体，需要在调用pthread\_once前初始化。例如：

pthread_once_t once_control = PTHREAD_ONCE_INIT;

# 互斥量（Mutex Variables） #

## 互斥量概述 ##

*  互斥量（Mutex）是“mutual exclusion”的缩写。**互斥量是实现线程同步，和保护同时写共享数据的主要方法**
 *  互斥量对共享数据的保护就像一把锁。在Pthreads中，任何时候仅有一个线程可以锁定互斥量，因此，当多个线程尝试去锁定该互斥量时仅有一个会成功。直到锁定互斥量的线程解锁互斥量后，其他线程才可以去锁定互斥量。线程必须轮着访问受保护数据。
 *  互斥量可以防止“竞争”条件。下面的例子是一个银行事务处理时发生了竞争条件：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2poc3dvcmQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]
 *  上面的例子，当一个线程使用共享数据资源时，应该用一个互斥量去锁定“Balance”。
 *  一个拥有互斥量的线程经常用于更新全局变量。确保了多个线程更新同样的变量以安全的方式运行，最终的结果和一个线程处- 理的结果是相同的。这个更新的变量属于一个“临界区（critical section）”。
 *  使用互斥量的典型顺序如下：
    
     *  创建和初始一个互斥量
     *  多个线程尝试去锁定该互斥量
     *  仅有一个线程可以成功锁定改互斥量
     *  锁定成功的线程做一些处理
     *  线程解锁该互斥量
     *  另外一个线程获得互斥量，重复上述过程
     *  最后销毁互斥量
 *  **当多个线程竞争同一个互斥量时，失败的线程会阻塞在lock调用处。可以用“trylock”替换“lock”，则失败时不会阻塞。**
 *  **当保护共享数据时，程序员有责任去确认是否需要使用互斥量。如，若四个线程会更新同样的数据，但仅有一个线程用了互斥量，则数据可能会损坏**。

## 创建和销毁互斥量 ##

**函数：**

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

**用法：**

互斥量必须用类型**pthread\_mutex\_t**类型声明，在使用前必须初始化，这里有两种方法可以初始化互斥量：

*  声明时静态地，如：

pthread_mutex_t mymutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

*  动态地用pthread\_mutex\_init()函数，**这种方法允许设定互斥量的属性对象attr**。
    
    互斥量初始化后是解锁的。
 *  attr对象用于设置互斥量对象的属性，使用时必须声明为**pthread\_mutextattr\_t**类型，默认值可以是NULL。Pthreads标准定义了三种可选的互斥量属性：
 *  协议（Protocol）： 指定了协议用于阻止互斥量的优先级改变
 *  优先级上限（Prioceiling）：指定互斥量的优先级上限
 *  进程共享（Process-shared）：指定进程共享互斥量
    
    注意所有实现都提供了这三个互斥量属性。
 *  pthread\_mutexattr\_init()和pthread\_mutexattr\_destroy()函数分别用于创建和销毁互斥量属性对象。
 *  pthread\_mutex\_destroy()应该用于释放不需要再使用的互斥量对象。

## 锁定（Locking）和解锁（Unlocking）互斥量 ##

**函数：**

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
    int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

**用法：**

* 线程用pthread\_mutex\_lock()函数去锁定指定的mutex变量，若该mutex已经被另外一个线程锁定了，该调用将会阻塞线程直到mutex被解锁。
 * pthread\_mutex\_trylock() will attempt to lock a mutex. However, if the mutex is already locked, the routine will return immediately with a “busy” error code. This routine may be useful in
 
 pthread\_mutex\_trylock()尝试着去锁定一个互斥量，然而，若互斥量已被锁定，程序会立刻返回并返回一个忙错误值。该函数在优先级改变情况下阻止死锁是非常有用的。
 * 线程可以用pthread\_mutex\_unlock()解锁自己占用的互斥量。在一个线程完成对保护数据的使用，而其它线程要获得互斥量在保护数据上工作时，可以调用该函数。若有一下情形则会发生错误：
 * 互斥量已经被解锁
 * 互斥量被另一个线程占用
 * 互斥量并没有多么“神奇”的，实际上，它们就是参与的线程的“君子约定”。写代码时要确信正确地锁定，解锁互斥量。下面演示了一种逻辑错误：
 
 <table> 
 <thead> 
 <tr> 
 <th>Thread 1</th> 
 <th>Thread 2</th> 
 <th>Thread 3</th> 
 </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td>Lock</td> 
 <td>Lock</td> 
 <td></td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>A = 2</td> 
 <td>A = A+1</td> 
 <td>A = A*B</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>Unlock</td> 
 <td>Unlock</td> 
 <td></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
 </table>

Q：有多个线程等待同一个锁定的互斥量，当互斥量被解锁后，那个线程会第一个锁定互斥量？  
A：除非线程使用了**优先级调度机制**，否则，线程会被系统调度器去分配，**那个线程会第一个锁定互斥量是随机的**。

**例子：使用互斥量**

Example Code - Using Mutexes

例程演示了线程使用互斥量处理一个点积（dot product）计算。主数据通过一个可全局访问的数据结构被所有线程使用，每个线程处理数据的不同部分，主线程等待其他线程完成计算并输出结果。

**eg result : 1^2 + 2 ^ 2 + … + n ^2 = n(n+1)(2n+1)/6**

#include <pthread.h> 
 #include <stdio.h> 
 #include <malloc.h> 
 
 /* The following structure contains the necessary information 
 to allow the function "dotprod" to access its input data and 
 place its output into the structure. */ 
 
 typedef struct 
 {
 
 double *a; 
 double *b; 
 double sum; 
 int veclen; 
 } DOTDATA; 
 
 
 /* Define globally accessible variables and a mutex */ 
 
 #define NUMTHRDS 4 
 #define VECLEN 10
 
 DOTDATA dotstr; 
 pthread_t callThd[NUMTHRDS]; 
 pthread_mutex_t mutexsum; 
 
 /* 
 The function dotprod is activated when the thread is created. 
 All input to this routine is obtained from a structure 
 of type DOTDATA and all output from this function is written into 
 this structure. The benefit of this approach is apparent for the 
 multi-threaded program: when a thread is created we pass a single 
 argument to the activated function - typically this argument 
 is a thread number. All the other information required by the 
 function is accessed from the globally accessible structure. */ 
 
 void *dotprod(void *arg) 
 {
 
 /* Define and use local variables for convenience */ 
 
 int i, start, end, offset, len ; 
 double mysum, *x, *y;
 
 offset = *(int*)arg;
 
 len = dotstr.veclen; 
 
 start = offset*len; 
 end = start + len; 
 x = dotstr.a; 
 y = dotstr.b; 
 
 /* Perform the dot product and assign result 
 to the appropriate variable in the structure. */ 
 
 mysum = 0; 
 
 for (i=start; i<end ; i++) 
 {
 
 mysum += (x[i] * y[i]); 
 } 
 
 /* Lock a mutex prior to updating the value in the shared 
 		structure, and unlock it upon updating. */ 
 
 pthread_mutex_lock (&mutexsum); 
 dotstr.sum += mysum; 
 pthread_mutex_unlock (&mutexsum); 
 
 pthread_exit((void*) 0); 
 } 
 
 /* 
 
 The main program creates threads which do all the work and then 
 print out result upon completion. Before creating the threads, 
 the input data is created. Since all threads update a shared structure, 
 we need a mutex for mutual exclusion. The main thread needs to wait for 
 all threads to complete, it waits for each one of the threads. We specify 
 a thread attribute value that allow the main thread to join with the 
 threads it creates. Note also that we free up handles when they are 
 no longer needed. 
 */ 
 
 int main (int argc, char *argv[]) 
 {
 
 int i; 
 double *a, *b; 
 void *status; 
 pthread_attr_t attr; 
 
 /* Assign storage and initialize values */ 
 a = (double*) malloc (NUMTHRDS*VECLEN*sizeof(double)); 
 b = (double*) malloc (NUMTHRDS*VECLEN*sizeof(double)); 
 
 for (i=0; i<VECLEN*NUMTHRDS; i++) 
 {
 
 a[i]=1.0; 
 b[i]=a[i]; 
 } 
 dotstr.veclen = VECLEN; 
 dotstr.a = a; 
 dotstr.b = b; 
 dotstr.sum=0; 
 
 pthread_mutex_init(&mutexsum, NULL); 
 /* Create threads to perform the dotproduct */ 
 
 pthread_attr_init(&attr); 
 pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE); 
 
 // int thread_id[NUMTHRDS];
 for(i=0; i<NUMTHRDS; i++) 
 {
 
 /* 
 Each thread works on a different set of data. 
 The offset is specified by 'i'. The size of 
 the data for each thread is indicated by VECLEN. 
 */ 
 pthread_create( &callThd[i], &attr, dotprod, &i); // not 
 //thread_id[i] = i;
 // pthread_create( &callThd[i], &attr, dotprod, &thread_id[i]); 
 } 
 	pthread_attr_destroy(&attr); 
 
 /* Wait on the other threads */ 
 for(i=0; i<NUMTHRDS; i++) 
 {
 
 pthread_join( callThd[i], &status); 
 	} 
 
 /* After joining, print out the results and cleanup */ 
 printf ("Sum = %f \n", dotstr.sum); 
 free (a); 
 free (b); 
 pthread_mutex_destroy(&mutexsum); 
 pthread_exit(NULL); 
 
 } 
 
 // Serial version 
 // Pthreads version

### pthread\_create 参数传递指针问题(创建多线程时，循环变量的传递) ###

在一个循环创建线程的程序中，创建线程时传入循环改变的变量。但是发现直接传入循环变量没有改变。后来发现是线程执行时会有cpu调度的问题，而此时循环已经结束。

如上面例子中的代码：

int main (int argc, char *argv[])
 {
 
 	...
 	for(i=0; i<NUMTHRDS; i++) 
 	{
 
 		...
 	 pthread_create( &callThd[i], &attr, dotprod, &i);
 	 printf("## %d\n",i);
 	 ... 
 	} 
 	...
 	for(i=0; i<NUMTHRDS; i++) 
 	{
 
 	 pthread_join( callThd[i], &status); 
 	} 
 	...
 }
 
 void *dotprod(void *arg) 
 {
 
 	...
 	offset = *(int*)arg;
 	printf ("%s offset = %d\n", __FUNCTION__,offset); 
 	...
 }

dotprod输出中出现了以下几种不符合预期的情况：

输出1：

## 0
    ## 1
    ## 2
    ## 3
    0
    0
    0
    0

输出2：

## 0
    0
    ## 1
    2
    ## 2
    3
    ## 3
    3

输出3：

## 0
    ## 1
    ## 2
    3
    ## 3
    0
    0
    0

输出4：

## 0
    ## 1
    ## 2
    offset = 2
    ## 3
    offset = 3
    offset = 3
    offset = 0

预期的结果应该为：offset =0,1,2,3

**出现以上几种非预期结果的原因可能是：**

循环中创建线程时传入的参数都是i的地址，

1.  当main中循环创建线程结束（但最后一个i++还未执行），创建的4个线程都还未执行到offset = \*(int\*)arg;这时i的值为3，因此每个线程的routine都输出offset = 3.
2.  由于main循环创建线程 和 创建后线程执行的调度顺序不确定性，导致输出的offset的值可能会有重复。如输出4，第1个线程创建后执行routine，offset=0; 第2个线程创建后，还未执行到offset = \*(int\*)arg; 创建第3个线程，这时i的值为2，第2个线程的routine执行到offset = \*(int\*)arg，offset=2. 与此相似，第3和4个线程的routine输出的offset=3.
3.  \*\*最奇葩的是输出1和3：\*\*连续输出2个以上0，按道理讲：输出第2个offset意味着main中for循环已经执行过1次，此时i的值为1，第2个线程的routine应该输出1。  
    （苦思无果，最后突然发现原来pthread\_create后还有一个循环用i做计数变量，将i初始化为0，原因不言而喻）

**从这个例子中我们应该明白，要避免直接在传递的参数中传递发生改变的量，否则会导致结果不可测**

**解决方案：**

1.  复制一份到堆里面。
2.  加锁。（一般的做法）
3.  用结构体数组。
4.  sleep.(不建议使用，这样做的结果不能完全保证参数的传递)。

**example**

// way1 : 复制一份到堆里面
 for(i=0; i<NUMTHRDS; i++) 
 {
 
 	...
 	int * t = (int *)malloc(sizeof(int));
 	t = i;
 	pthread_create( &callThd[i], &attr, dotprod, &t);
 	printf("## %d\n",i);
 	... 
 } 
 
 // way2 ：每创建1个线程，立刻join连接，阻塞main线程，直到新创建的线程的routine执行完毕。
 for(i=0; i<NUMTHRDS; i++) 
 {
 
 	...
 	pthread_create( &callThd[i], &attr, dotprod, &i);
 	pthread_join( callThd[i], &status); 
 	... 
 } 
 
 // way3: 用结构体数组
 int thread_args[NUMTHRDS];
 for(i=0; i<NUMTHRDS; i++) 
 {
 
 	...
 	thread_args[i] = i;
 	pthread_create( &callThd[i], &attr, dotprod, &thread_args[i]);
 	printf("## %d\n",i);
 	... 
 } 
 
 // way4 : sleep,原设想为main中循环执行慢一点，让子线程能够获取当前更新的i值，但这个程序很难控制
 for(i=0; i<NUMTHRDS; i++) 
 {
 
 	...
 	pthread_create( &callThd[i], &attr, dotprod, &i);
 	sleep(2);
 	... 
 }

# 条件变量（Condition Variable） #

## 条件变量概述 ##

*  条件变量提供了另一种同步的方式。互斥量通过控制对数据的访问实现了同步，而条件变量允许根据实际的数据值来实现同步。
 *  没有条件变量，程序员就必须使用线程去轮询（可能在临界区），查看条件是否满足。这样比较消耗资源，因为线程连续繁忙工作。条件变量是一种可以实现这种轮询的方式。
 *  条件变量往往和互斥一起使用
 *  使用条件变量的代表性顺序如下：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2poc3dvcmQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

## 创建和销毁条件变量 ##

Routines:

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);
    int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
    int pthread_condattr_init(pthread_condattr_t *attr);
    int pthread_condattr_destroy(pthread_condattr_t *attr);
    
    pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

Usage:

*  条件变量必须声明为pthread\_cond\_t类型，必须在使用前初始化。有两种方式可以初始条件变量：
    
     *  声明时静态初始化。如：  
        pthread\_cond\_t myconvar = PTHREAD\_COND\_INITIALIZER;
     *  用pthread\_cond\_init()函数动态地初始化。创建的条件变量ID通过cond参数返回给调用线程。该方式允许设置条件变量对象的属性，attr。
 *  可选的attr对象用于设定条件变量的属性。仅有一个属性被定义：线程共享（process-shared），**可以使条件变量被其它进程中的线程看到**。若要使用属性对象，必须定义为pthread\_condattr\_t类型（可以指定为NULL设为默认）。
    
    注意所有实现都提供了线程共享属性。
 *  pthread\_condattr\_init()和pthread\_condattr\_destroy()用于创建和销毁条件变量属性对象。
 *  条件变量不需要再使用时，应用pthread\_cond\_destroy()释放条件变量。

## 等待（Waiting）和发送信号（Signaling） ##

**函数：**

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);
    int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
    int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

用法：

*  pthread\_cond\_wait()阻塞调用线程直到指定的条件受信（signaled）。该函数应该在互斥量锁定时调用，当在等待时会自动解锁互斥量。在信号被发送，线程被激活后，互斥量会自动被锁定，当线程结束时，由程序员负责解锁互斥量。
 *  pthread\_cond\_signal()函数用于向其他等待在条件变量上的线程发送信号（激活其它线程）。应该在互斥量被锁定后调用。
 *  若不止一个线程阻塞在条件变量上，则应用pthread\_cond\_broadcast()向其它线程发生信号。
 *  在调用pthread\_cond\_wait()前调用pthread\_cond\_signal()会发生逻辑错误。  
    使用这些函数时适当的锁定和解锁相关的互斥量是非常重要的。如：
    
     *  调用pthread\_cond\_wait()前锁定互斥量失败可能导致线程不会阻塞。
     *  调用pthread\_cond\_signal()后解锁互斥量失败可能会不允许相应pthread\_cond\_wait()函数结束（保存阻塞）。

### 例子：使用条件变量 ###

Example Code - Using Condition Variables

例子演示了使用Pthreads条件变量的几个函数。主程序创建了三个线程，两个线程根据“count”变量工作，第三个线程等待count变量值达到指定的值。

#include <pthread.h>
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 
 #define NUM_THREADS 3
 #define TCOUNT 10
 #define COUNT_LIMIT 12
 
 int count = 0;
 int thread_ids[3] = {
 0, 1, 2};
 
 pthread_mutex_t count_mutex;
 pthread_cond_t count_threshold_cv;
 
 void *inc_count(void *idp)
 {
 
 int j, i;
 double result = 0.0;
 int *my_id = (int*)idp;
 
 for (i = 0; i < TCOUNT; i++)
 {
 
 pthread_mutex_lock(&count_mutex);
 count++;
 
 /*
 Check the value of count and signal waiting thread when condition is
 reached. Note that this occurs while mutex is locked. */
 
 if (count == COUNT_LIMIT)
 {
 
 pthread_cond_signal(&count_threshold_cv);
 printf("inc_count(): thread %d, count = %d Threshold reached.\n",*my_id, count);
 }
 
 printf("inc_count(): thread %d, count = %d, unlocking mutex\n",*my_id, count);
 pthread_mutex_unlock(&count_mutex);
 /* Do some work so threads can alternate on mutex lock */
 for (j = 0; j < 1000; j++)
 result = result + (double)rand();
 }
 pthread_exit(NULL);
 }
 
 void *watch_count(void *idp)
 {
 
 int *my_id = idp;
 printf("Starting watch_count(): thread %d\n", *my_id);
 
 /*
 Lock mutex and wait for signal. Note that the pthread_cond_wait
 routine will automatically and atomically unlock mutex while it waits.
 Also, note that if COUNT_LIMIT is reached before this routine is run by
 the waiting thread, the loop will be skipped to prevent pthread_cond_wait
 from never returning.
 */
 
 pthread_mutex_lock(&count_mutex);
 if (count < COUNT_LIMIT)
 {
 
 pthread_cond_wait(&count_threshold_cv, &count_mutex);
 printf("watch_count(): thread %d Condition signal received.\n", *my_id);
 }
 pthread_mutex_unlock(&count_mutex);
 pthread_exit(NULL);
 }
 
 
 
 int main (int argc, char *argv[])
 {
 
 
 int i, rc;
 pthread_t threads[3];
 pthread_attr_t attr;
 
 /* Initialize mutex and condition variable objects */
 pthread_mutex_init(&count_mutex, NULL);
 pthread_cond_init(&count_threshold_cv, NULL);
 
 /* For portability, explicitly create threads in a joinable state */
 pthread_attr_init(&attr);
 pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
 pthread_create(&threads[0], &attr, inc_count, &thread_ids[0]);
 pthread_create(&threads[1], &attr, inc_count, &thread_ids[1]);
 pthread_create(&threads[2], &attr, watch_count, &thread_ids[2]);
 
 
 /* Wait for all threads to complete */
 
 for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++)
 {
 
 pthread_join(threads[i], NULL);
 
 }
 printf ("Main(): Waited on %d threads. Done.\n", NUM_THREADS);
 
 /* Clean up and exit */
 pthread_attr_destroy(&attr);
 pthread_mutex_destroy(&count_mutex);
 pthread_cond_destroy(&count_threshold_cv);
 pthread_exit(NULL);
 
 return 0;
 }

# 没有覆盖的主题 #

Pthread API的几个特性在该教程中并没有包含。把它们列在下面：

*  线程调度
    
     *  线程如何调度的实现往往是不同的，在大多数情况下，默认的机制是可以胜任的。
     *  Pthreads API提供了显式设定线程调度策略和优先级的函数，它们可以重载默认机制。
     *  API不需要实现去支持这些特性
 *  Keys：线程数据（TSD）
 *  互斥量的Protocol属性和优先级管理
 *  跨进程的条件变量共享
 *  取消线程（Thread Cancellation ）
 *  多线程和信号（Threads and Signals）

# Pthread 库API参考 #

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td colspan="2"> Pthread Functions&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Thread Management&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_create.txt" rel="nofollow">pthread_create</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_exit.txt" rel="nofollow">pthread_exit</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_join.txt" rel="nofollow">pthread_join</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_once.txt" rel="nofollow">pthread_once</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_kill.txt" rel="nofollow">pthread_kill</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_self.txt" rel="nofollow">pthread_self</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_equal.txt" rel="nofollow">pthread_equal</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_yield.txt" rel="nofollow">pthread_yield</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_detach.txt" rel="nofollow">pthread_detach</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Thread-Specific Data&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_key_create.txt" rel="nofollow">pthread_key_create </a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_key_delete.txt" rel="nofollow">pthread_key_delete</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_getspecific.txt" rel="nofollow">pthread_getspecific </a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_setspecific.txt" rel="nofollow">pthread_setspecific</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Thread Cancellation&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_cancel.txt" rel="nofollow">pthread_cancel</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_cleanup_pop.txt" rel="nofollow">pthread_cleanup_pop</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_cleanup_push.txt" rel="nofollow">pthread_cleanup_push</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_setcancelstate.txt" rel="nofollow">pthread_setcancelstate</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> pthread_getcancelstate &nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_testcancel.txt" rel="nofollow">pthread_testcancel</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Thread Scheduling&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_getschedparam.txt" rel="nofollow">pthread_getschedparam</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_setschedparam.txt" rel="nofollow">pthread_setschedparam</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Signals&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_sigmask.txt" rel="nofollow">pthread_sigmask</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="2"> Pthread Attribute Functions&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Basic Management&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_init.txt" rel="nofollow">pthread_attr_init</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_destroy.txt" rel="nofollow">pthread_attr_destroy</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Detachable or Joinable&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_setdetachstate.txt" rel="nofollow">pthread_attr_setdetachstate</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_getdetachstate.txt" rel="nofollow">pthread_attr_getdetachstate</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Specifying Stack Information&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_getstackaddr.txt" rel="nofollow">pthread_attr_getstackaddr</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_getstacksize.txt" rel="nofollow">pthread_attr_getstacksize</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_setstackaddr.txt" rel="nofollow">pthread_attr_setstackaddr</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_setstacksize.txt" rel="nofollow">pthread_attr_setstacksize</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Thread Scheduling Attributes&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_getschedparam.txt" rel="nofollow">pthread_attr_getschedparam</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_setschedparam.txt" rel="nofollow">pthread_attr_setschedparam</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_getschedpolicy.txt" rel="nofollow">pthread_attr_getschedpolicy</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_setschedpolicy.txt" rel="nofollow">pthread_attr_setschedpolicy</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_setinheritsched.txt" rel="nofollow">pthread_attr_setinheritsched</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_getinheritsched.txt" rel="nofollow">pthread_attr_getinheritsched</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_setscope.txt" rel="nofollow">pthread_attr_setscope</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_attr_getscope.txt" rel="nofollow">pthread_attr_getscope</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="2"> Mutex Functions&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Mutex Management&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutex_init.txt" rel="nofollow">pthread_mutex_init</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutex_destroy.txt" rel="nofollow">pthread_mutex_destroy</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutex_lock.txt" rel="nofollow">pthread_mutex_lock</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutex_unlock.txt" rel="nofollow">pthread_mutex_unlock</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutex_trylock.txt" rel="nofollow">pthread_mutex_trylock</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Priority Management&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutex_setprioceiling.txt" rel="nofollow">pthread_mutex_setprioceiling</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutex_getprioceiling.txt" rel="nofollow">pthread_mutex_getprioceiling</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="2"> Mutex Attribute Functions&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Basic Management&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutexattr_init.txt" rel="nofollow">pthread_mutexattr_init</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutexattr_destroy.txt" rel="nofollow">pthread_mutexattr_destroy</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Sharing&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutexattr_getpshared.txt" rel="nofollow">pthread_mutexattr_getpshared</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutexattr_setpshared.txt" rel="nofollow">pthread_mutexattr_setpshared</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Protocol Attributes&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutexattr_getprotocol.txt" rel="nofollow">pthread_mutexattr_getprotocol</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutexattr_setprotocol.txt" rel="nofollow">pthread_mutexattr_setprotocol</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Priority Management&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutexattr_setprioceiling.txt" rel="nofollow">pthread_mutexattr_setprioceiling</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_mutexattr_getprioceiling.txt" rel="nofollow">pthread_mutexattr_getprioceiling</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="2"> Condition Variable Functions&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Basic Management&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_cond_init.txt" rel="nofollow">pthread_cond_init</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_cond_destroy.txt" rel="nofollow">pthread_cond_destroy</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_cond_signal.txt" rel="nofollow">pthread_cond_signal</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_cond_broadcast.txt" rel="nofollow">pthread_cond_broadcast</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_cond_wait.txt" rel="nofollow">pthread_cond_wait</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_cond_timedwait.txt" rel="nofollow">pthread_cond_timedwait</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="2"> Condition Variable Attribute Functions&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Basic Management&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_condattr_init.txt" rel="nofollow">pthread_condattr_init</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_condattr_destroy.txt" rel="nofollow">pthread_condattr_destroy</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Sharing&nbsp; </td> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_condattr_getpshared.txt" rel="nofollow">pthread_condattr_getpshared</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> <a href="https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/pthread_condattr_setpshared.txt" rel="nofollow">pthread_condattr_setpshared</a>&nbsp; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 参考资料 #

*  Author: Blaise Barney, Livermore Computing.
 *  “Pthreads Programming”. B. Nichols et al. O’Reilly and Associates.
 *  “Threads Primer”. B. Lewis and D. Berg. Prentice Hall
 *  “Programming With POSIX Threads”. D. Butenhof. Addison Wesley www.awl.com/cseng/titles/0-201-63392-2
 *  “Programming With Threads”. S. Kleiman et al. Prentice Hall

[https_www.cnblogs.com_mywolrd_archive_2009_02_05_1930707.html]: https://www.cnblogs.com/mywolrd/archive/2009/02/05/1930707.html
[EC3500_ Introduction To Parallel Computing]: https://computing.llnl.gov/tutorials/parallel_comp/
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[Introduction to Parallel Computing]: https://computing.llnl.gov/tutorials/parallel_comp
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