线程的属性

一、引入

  linux下线程的属性是可以根据实际项目需要,进行设置。之前我们讨论的线程都是采用线程的默认属性,默认属性已经可以解决绝大多数开发时遇到的问题。如我们对程序的性能提出更高的要求那么需要设置线程属性,比如可以通过设置线程栈的大小来降低内存的使用,增加最大线程个数。

typedef struct
{
    int                 etachstate; //线程的分离状态
    int                 schedpolicy; //线程调度策略(线程优先级)
    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(栈溢出时可以多溢出的大小)
    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;

注:目前线程属性在内核中不是直接这么定义的,抽象太深不宜理解,为了方便,使用早期的线程属性定义,两者之间定义的主要元素差别不大。
 
 
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  属性值不能直接设置,必须使用相关函数进行操作初始化的函数为pthread_attr_init,这个函数必须在pthread_create函数之前调用。之后须用pthread_attr_destroy函数来释放资源。线程属性主要包括如下属性:作用域(scope)、栈尺寸(stack size)、栈地址(stack address)、优先级(priority)、分离的状态(detached state)、调度策略和参数(scheduling policy and parameters)。默认的属性为非绑定、非分离、缺省M的堆栈、与父进程同样级别的优先级。
  


二、线程属性初始化

  先初始化线程属性,再使用pthread_create创建线程。

#include <pthread.h>

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr); //初始化线程属性
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr); //销毁线程属性所占用的资源
 
 
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三、线程的分离状态

线程的分离状态决定一个线程以什么样的方式来终止自己:
  非分离状态:线程的默认属性是非分离状态,这种情况下,原有的线程等待创建的线程结束。只有当pthread_join()函数返回时,创建的线程才算终止,才能释放自己占用的系统资源。
  分离状态:分离线程没有被其他的线程所等待,自己运行结束了,线程也就终止了,马上释放系统资源。
  应该根据自己的需要,选择适当的分离状态。
  
  线程分离状态的函数:

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate); // 设置线程属性,分离or非分离
int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate); // 获取程属性,分离or非分离

pthread_attr_t *attr:被已初始化的线程属性
int *detachstate:可选为PTHREAD_CREATE_DETACHED(分离线程)和 PTHREAD _CREATE_JOINABLE(非分离线程)
 
 
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  这里要注意的一点是,如果设置一个线程为分离线程,而这个线程运行又非常快,它很可能在pthread_create函数返回之前就终止了,它终止以后就可能将线程号和系统资源移交给其他的线程使用,这样调用pthread_create的线程就得到了错误的线程号。要避免这种情况可以采取一定的同步措施,最简单的方法之一是可以在被创建的线程里调用pthread_cond_timedwait函数,让这个线程等待一会儿,留出足够的时间让函数pthread_create返回。设置一段等待时间,是在多线程编程里常用的方法。但是注意不要使用诸如wait()之类的函数,它们是使整个进程睡眠,并不能解决线程同步的问题

  举例:

/*
 *#include <pthread.h>
 *int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
 *                              //设置线程属性,分离or非分 离
 *int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
 *                              //获取程属性,分离or非分离
 *  
 *pthread_attr_t *attr:被已初始化的线程属性
 *int *detachstate:可选为PTHREAD_CREATE_DETACHED(分离线程)
 *                 和PTHREAD _CREATE_JOINABLE(非分离线程)
 */
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

void *th_fun(void *arg)
{
    int n = 15;
    while(n--)
    {
        printf("%x  %d\n",(int)pthread_self(), n);
        sleep(1);
    }
    return (void *)1;//由于被设置为分离态所以这个返回值不能被获取
}

int main(void)
{
    pthread_t tid;
    pthread_attr_t attr;  //保存线程的属性,现在里面是垃圾值
    int err;

    pthread_attr_init(&attr);// 初始化线程属性结构体,初始化之后就保存着线程属性的默认值

    //参考上面,先调用初始化函数(pthread_attr_init)之后才能设置线程属性
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); //设置为分离线程

    // 创建线程,注意第二个参数
    pthread_create(&tid, &attr, th_fun, NULL);

    //因为分离了所以会出现Invalid argument非法的参数
    err = pthread_join(tid, NULL);
    while(1)
    {
        if(err != 0)
        {
            printf("%s\n",strerror(err));
            sleep(10);
            pthread_exit((void *)1);
        }
    }
    pthread_attr_destroy(&attr);//销毁线程属性所占用的资源
    return 0;
}
 
 
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四、线程的栈地址(stack address)

  POSIX.1定义了两个常量_POSIX_THREAD_ATTR_STACKADDR 和_POSIX_THREAD_ATTR_STACKSIZE 检测系统是否支持栈属性。也可以给sysconf函数传递_SC_THREAD_ATTR_STACKADDR或 _SC_THREAD_ATTR_STACKSIZE来进行检测。
  当进程栈地址空间不够用时,指定新建线程使用由malloc分配的空间作为自己的栈空间。通过pthread_attr_setstackaddr和pthread_attr_getstackaddr两个函数分别设置和获取线程的栈地址。传给pthread_attr_setstackaddr函数的地址是缓冲区的低地址(不一定是栈的开始地址,栈可能从高地址往低地址增长)。

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setstackaddr(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr);
int pthread_attr_getstackaddr(pthread_attr_t *attr, void **stackaddr);

attr: 指向一个线程属性的指针
stackaddr: 返回获取的栈地址
返回值:若是成功返回0,否则返回错误的编号

说 明:pthread_attr_getstackaddr函数已过时,一般用下面讲到的pthread_attr_getstack来代替
 
 
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五、线程的栈大小

  当系统中有很多线程时,可能需要减小每个线程栈的默认大小,防止进程的地址空间不够用;当线程调用的函数会分配很大的局部变量或者函数调用层次很深时,可能需要增大线程栈的默认大小。
  函数pthread_attr_getstacksize和 pthread_attr_setstacksize提供获取和设置。

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize);
int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize);

attr 指向一个线程属性的指针
stacksize 返回线程的堆栈大小
返回值:若是成功返回0,否则返回错误的编号
 
 
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  除上述对栈设置的函数外,还有以下两个函数可以获取和设置线程栈属性(上面的一组在现在的开发过程中往往不会使用

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr, size_t stacksize);
int pthread_attr_getstack(pthread_attr_t *attr, void **stackaddr, size_t *stacksize);

attr 指向一个线程属性的指针
stackaddr 返回获取的栈地址
stacksize 返回获取的栈大小
返回值:若是成功返回0,否则返回错误的编号
 
 
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举例:

/*
 * 获取和设置线程的栈大小
 * #include <pthread.h>
 * int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr,
 *                           void *stackaddr,
 *                           size_t stacksize);
 * int pthread_attr_getstack(pthread_attr_t *attr,
 *                           void **stackaddr,
 *                           size_t *stacksize);
 * attr 指向一个线程属性的指针
 * stackaddr 返回获取的栈地址
 * stacksize 返回获取的栈大小
 * 返回值:若是成功返回0,否则返回错误的编号
 */
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#define SIZE 0x10000

int print_ntimes(char *str)
{
    sleep(1);
    printf("%s\n", str);
    return 0;
}

void *th_fun(void *arg)
{
    int n = 3;
    while (n--)
        print_ntimes("hello xwp\n");//在线程中也可以调用别的函数
}

int main(void)
{
    pthread_t tid;
    int err, detachstate, i = 1;
    pthread_attr_t attr;
    size_t stacksize;
    void *stackaddr;

    pthread_attr_init(&attr);//初始化线程属性

    pthread_attr_getstack(&attr, &stackaddr, &stacksize);//获取栈信息
    printf("stackadd=%p\n", stackaddr);         //打印栈的地址
    printf("stacksize=%x\n", (int)stacksize);   //打印栈的大小

    /*获取当前线程是否为分离属性*/
    pthread_attr_getdetachstate(&attr, &detachstate);
    if (detachstate == PTHREAD_CREATE_DETACHED)
        printf("thread detached\n");
    else if (detachstate == PTHREAD_CREATE_JOINABLE)
        printf("thread join\n");
    else
        printf("thread un known\n");

    /* 设置线程分离属性*/
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

    while (1)
    {
        /* 在堆上申请内存,指定线程栈的起始地址和大小*/
        stackaddr = malloc(SIZE);//为栈分配空间、返回首地址
        if (stackaddr == NULL)
        {
            perror("malloc");
            exit(1);
        }
        /* 设置栈大小和地址 大小为上面的宏,位置为上面设置的*/
        stacksize = SIZE;//设置占空间大小
        pthread_attr_setstack(&attr, stackaddr, stacksize);

        err = pthread_create(&tid, &attr, th_fun, NULL);//创建线程
        if (err != 0)
        {
            printf("%s\n", strerror(err));
            exit(1);
        }

        printf("%d\n", i++);
    }
    pthread_attr_destroy(&attr);//销毁线程属性所占用的资源
    return 0;
}
 
 
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细节注意:
1. 主线程退出其他线程不退出,主线程应调用ptrhed_exit
2. 避免僵线程(可以使用一下的方法)

1、join
2、pthread_deatch
3、pthread_create指定分离属性
注:被join线程可能在join函数返回前就释放完自己的所有内存资源,所以不应当返回被回收线程栈中的值;

3. malloc和mmap申请的内存可以被其他线程释放
4. 如果线程终止时没有释放加锁的互斥量,则该互斥量不能再被使用
5. 应避免在多线程模型中调用fork除非,马上exec,子进程中只有调用fork的线程存在,其他线程在子进程中均pthread_exit
6. 信号的复杂语义很难和多线程共存,应避免在多线程引入信号机制

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