Linux下多线程编程（C语言）
2.6内核开始使用NPTL(Native POSIX Thread Library)线程库，这个线程库有以下几个目标： POSIX兼容，都处理结果和应用，底启动开销，低链接开销，与Linux Thread应用的二进制兼容，软硬件的可扩展能力，与C++集成等。
这里的线程是指用户空间的线程操作
一、线程相关操作
1.1 pthread_t
pthread_t 在头文件 /usr/include/i386-linux-gnu/bits/pthreadtypes.h中定义：
typedef unsigned long int pthread_t;
它是一个线程的标识符(线程ID)。
1.2 pthread_create
用来创建一个线程，它的原型为：
extern int pthread_create __P ((pthread_t *__thread, __const pthread_attr_t *__attr,void *(*__start_routine) (void *), void *__arg));
（1）、第一个参数为指向线程标识符的指针（线程ID），第二个参数用来设置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。
（2）、若函数线程运行函数thread不需要参数，则最后一个参数应设为空指针。
（3）、第二个参数选择设为空指针，则将生成默认属性的线程。(可以对其属性进行设定和修改)
（4）、当创建线程成功时，函数返回0，若不为0则说明创建线程失败。
常见的错误返回代码为EAGAIN和EINVAL。
EAGAIN表示系统限制创建新的线程，例如线程数目过多了；
EINVAL表示第二个参数代表的线程属性值非法。
（5）创建线程成功后，新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数，原来的线程则继续运行下一行代码。
（6）attr: 线程属性包括：优先级、初始栈大小，是否应该成为一个守护线程。
缺省设置，NULL
tidp是要创建的线程，创建成功后tipd为先线程的id
void *(* func) (void *)是一个函数指针，该函数指针的类型为void* (*)(void *)
1.3 pthread_join 和 pthread_exit
线程退出的三种方式：
（1） 在线程创建以后，就开始运行相关的线程函数，在该线程函数运行完之后，该线程也就退出了。这是线程退出的一种方法: 运行完毕，自动退出;
（2） 调用pthread_exit函数主动退出;
（3） 进程终止函数exit函数，一旦结束了进程，那么此进程中所有线程都将无条件终止。
注意点：在默认线程属性下，如果一个进程有很多线程在同时运行，一个线程在退出以后，当前线程所占用的资源并不会随着线程的终止而得到释放。因为所有处在一个进程中的线程共享资源。
线程中还有一个常用函数：pthread_join函数可以用于将当前线程挂起，，等待其他线程结束。实际上，这个函数是就是一个线程阻塞函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止。当函数返回时，被等待线程的资源就被回收。
extern int pthread_join __P ((pthread_t __th, void **__thread_return));
th: 等待线程的标识符
thread_return:用户定义的指针，用来存储被等待线程的返回值（不为NULL时）
成功：0
void pthread_exit(void *retval)
retval：调用者线程的返回值，可由其他函数如pthread_join来检索获取。
1.4 互斥锁相关
互斥锁用来保证一段时间内只有一个线程在执行一段代码。
必须被初始化为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER（用于静态分配的mutex，等价于 pthread_mutex_init(…, NULL)）或者调用pthread_mutex_init。Mutex也应该用pthread_mutex_destroy来销毁。
(1) pthread_mutex_init
函 数pthread_mutex_init用来生成一个互斥锁。NULL参数表明使用默认属性。
(2) pthread_mutex_lock pthread_mutex_unlock pthread_delay_np
pthread_mutex_lock表示开始用互斥锁上锁，此后的代码直至调用pthread_mutex_unlock为止，均被上锁，即同一时间只 能被一个线程调用执行。当一个线程执行到pthread_mutex_lock处时，如果该锁此时被另一个线程使用，那此线程被阻塞，即程序将等待到另一 个线程释放此互斥锁。
(3) sleep是为了让线程睡眠一段时间，让线程释放互斥锁，等待另一个线程使用此锁。
1.5取消一个线程
1.5.1 int pthread_cancel(pthread_t thread);
thread:线程的标识符 成功：0
1.5.2 在取消线形程请求的接收端，线程可以用pthread_setcancelstate设置自己的取消状态，
int pthread_setcancelstate(int state,int *oldstate);(是否接受取消的请求)
state:可以是PTHREAD_CANCEL_ENABLE，这个值允许线程接收取消请求；还可以是PTHREAD_CANCEL_DISABLE,它的作用是屏幕它们。
线程以前的取消状态可以用oldstate指针检索出来。如果没兴趣可以传一个NULL进去。
1.5.3 如果取消请求被接受了，线程会进入第二个控制层次----用pthread_setcanceltype设置取消类型。
int pthread_setcanceltype(int type,int *oldstate);
type:可以有两种取值：
（1）一个是PTHREAD_CANCEL_ASYNCHORONOUS，接收到取消请求之后立刻采取行动；
（2）另一个是 PTHREAD_CANCEL_DEFERRED，在接收到取消请求之后、采取实际行动之前，先执行以下几个函数之一：pthread_join、 pthread_cond_wait、pthread_cond_timewait、pthread_testcancel、sem_wait或 sigwait。
成功：0
1.6 获取线程自身的id
pthread_t pthread_self(void);
1.7线程清理处理程序
void pthread_clean_push(void (*rtn)(void *),void *arg)
void pthread_clean_pop(iny excute)
清理函数的调用顺序是由pthread_clean_push函数安排的。
它在下列几种情况下执行:
1.调用pthread_exit时
2.响应取消请求时
3.用非零execute参数调用pthread_clean_pop时
如果execute参数为0，清理函数将不被调用。无论何种情况，pthread_clean_pop都将删除上次pthread_clean_push建立的清理处理程序。
如果线程使用return从例程返回，那么pthread_clean_push建立的清理处理程序不会被执行。
1.8 读写锁：Reader-Writer Locks
1.8.1 多个线程可以同时获得读锁(Reader-Writer lock in read mode)，但是只有一个线程能够获得写锁(Reader-writer lock in write mode)
1.8.2 读写锁有三种状态
(1).一个或者多个线程获得读锁，其他线程无法获得写锁
(2)一个线程获得写锁，其他线程无法获得读锁
(3).没有线程获得此读写锁
1.8.3类型为pthread_rwlock_t
1.8.4创建和关闭读写锁
int pthread_rwlock_init( pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr)
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
pthread_rwlock_rdlock：获得读锁
pthread_rwlock_wrlock：获得写锁
pthread_rwlock_unlock：释放锁，不管是读锁还是写锁都是调用此函数
注意具体 实现可能对同时获得读锁的线程个数有限制，所以在调用 pthread_rwlock_rdlock的时候需要检查错误值，而另外两个pthread_rwlock_wrlock和 pthread_rwlock_unlock则一般不用检查，如果我们代码写的正确的话。
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
1.8.4 Conditional Variable：条件
a. 条件必须被Mutex保护起来
b. 类型为：pthread_cond_t，必须被初始化为PTHREAD_COND_INITIALIZER（用于静态分配的条件，等价于pthread_cond_init(…, NULL)）或者调用pthread_cond_init
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condxattr_t *restrict attr)
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
c. pthread_cond_wait 函数用于等待条件发生（=true）。pthread_cond_timedwait类似，只是当等待超时的时候返回一个错误值ETIMEDOUT。超时 的时间用timespec结构指定。此外，两个函数都需要传入一个Mutex用于保护条件
int pthread_cond_wait( pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex,
const struct timespec *restrict timeout);
d. timespec结构定义如下：
struct timespec {
time_t tv_sec; /* seconds */
long tv_nsec; /* nanoseconds */
};
注意timespec的时间是绝对时间而非相对时间，因此需要先调用gettimeofday函数获得当前时间，再转换成timespec结构，加上偏移量。
e. 有两个函数用于通知线程条件被满足（=true）：
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
两者的区别是前者会唤醒单个线程，而后者会唤醒多个线程。
1.9 (????????????????????????)
int pthread_detach(pthread_t tid);
线程或者是可汇合的 （joinable）或者是脱离的（detached）。当可汇合的线程终止时，其线程ID和退出状态将保留，直到另外一个线程调用 pthread_join。脱离的线程则像守护进程：当它终止时，所有的资源都释放，我们不能等待它终止。如果一个线程需要知道另一个线程什么时候终止， 最好保留第二个线程的可汇合性。pthread_detach函数将指定的线程变为脱离的。该函数通常被想脱离自己的线程调用，如：pthread_detach (pthread_self ( ));
1.10
线程安全：概念比较直观。一般说来，一个函数被称为线程安全的，当且仅当被多个并发线程反复调用时，它会一直产生正确的结果。
可重入：概念基本没有比较正式的完整解释，但是它比线程安全要求更严格。根据经验，所谓“重入”，常见的情况是，程序执行到某个函数foo()时，收到信号，于是暂停目前正在执行的函数，转到信号处理函数，而这个信号处理函数的执行过程中，又恰恰也会进入到刚刚执行的函数foo()，这样便发生了所谓的重入。此时如果foo()能够正确的运行，而且处理完成后，之前暂停的foo()也能够正确运行，则说明它是可重入的。
线程安全的条件：
要 确保函数线程安全，主要需要考虑的是线程之间的共享变量。属于同一进程的不同线程会共享进程内存空间中的全局区和堆，而私有的线程空间则主要包括栈和寄存 器。因此，对于同一进程的不同线程来说，每个线程的局部变量都是私有的，而全局变量、局部静态变量、分配于堆的变量都是共享的。在对这些共享变量进行访问 时，如果要保证线程安全，则必须通过加锁的方式。
可重入的判断条件：
要确保函数可重入，需满足一下几个条件：
1、不在函数内部使用静态或全局数据
2、不返回静态或全局数据，所有数据都由函数的调用者提供。
3、使用本地数据，或者通过制作全局数据的本地拷贝来保护全局数据。
4、不调用不可重入函数。
可重入与线程安全并不等同，一般说来，可重入的函数一定是线程安全的，但反过来不一定成立。
比如：strtok函数是既不可重入的，也不是线程安全的；加锁的strtok不是可重入的，但线程安全；而strtok_r既是可重入的，也是线程安全的。
2.6内核开始使用NPTL(Native POSIX Thread Library)线程库，这个线程库有以下几个目标： POSIX兼容，都处理结果和应用，底启动开销，低链接开销，与Linux Thread应用的二进制兼容，软硬件的可扩展能力，与C++集成等。
这里的线程是指用户空间的线程操作
一、线程相关操作
1.1 pthread_t
pthread_t 在头文件 /usr/include/i386-linux-gnu/bits/pthreadtypes.h中定义：
typedef unsigned long int pthread_t;
它是一个线程的标识符(线程ID)。
1.2 pthread_create
用来创建一个线程，它的原型为：
extern int pthread_create __P ((pthread_t *__thread, __const pthread_attr_t *__attr,void *(*__start_routine) (void *), void *__arg));
（1）、第一个参数为指向线程标识符的指针（线程ID），第二个参数用来设置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。
（2）、若函数线程运行函数thread不需要参数，则最后一个参数应设为空指针。
（3）、第二个参数选择设为空指针，则将生成默认属性的线程。(可以对其属性进行设定和修改)
（4）、当创建线程成功时，函数返回0，若不为0则说明创建线程失败。
常见的错误返回代码为EAGAIN和EINVAL。
EAGAIN表示系统限制创建新的线程，例如线程数目过多了；
EINVAL表示第二个参数代表的线程属性值非法。
（5）创建线程成功后，新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数，原来的线程则继续运行下一行代码。
（6）attr: 线程属性包括：优先级、初始栈大小，是否应该成为一个守护线程。
缺省设置，NULL
tidp是要创建的线程，创建成功后tipd为先线程的id
void *(* func) (void *)是一个函数指针，该函数指针的类型为void* (*)(void *)
1.3 pthread_join 和 pthread_exit
线程退出的三种方式：
（1） 在线程创建以后，就开始运行相关的线程函数，在该线程函数运行完之后，该线程也就退出了。这是线程退出的一种方法: 运行完毕，自动退出;
（2） 调用pthread_exit函数主动退出;
（3） 进程终止函数exit函数，一旦结束了进程，那么此进程中所有线程都将无条件终止。
注意点：在默认线程属性下，如果一个进程有很多线程在同时运行，一个线程在退出以后，当前线程所占用的资源并不会随着线程的终止而得到释放。因为所有处在一个进程中的线程共享资源。
线程中还有一个常用函数：pthread_join函数可以用于将当前线程挂起，，等待其他线程结束。实际上，这个函数是就是一个线程阻塞函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止。当函数返回时，被等待线程的资源就被回收。
extern int pthread_join __P ((pthread_t __th, void **__thread_return));
th: 等待线程的标识符
thread_return:用户定义的指针，用来存储被等待线程的返回值（不为NULL时）
成功：0
void pthread_exit(void *retval)
retval：调用者线程的返回值，可由其他函数如pthread_join来检索获取。
1.4 互斥锁相关
互斥锁用来保证一段时间内只有一个线程在执行一段代码。
必须被初始化为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER（用于静态分配的mutex，等价于 pthread_mutex_init(…, NULL)）或者调用pthread_mutex_init。Mutex也应该用pthread_mutex_destroy来销毁。
(1) pthread_mutex_init
函 数pthread_mutex_init用来生成一个互斥锁。NULL参数表明使用默认属性。
(2) pthread_mutex_lock pthread_mutex_unlock pthread_delay_np
pthread_mutex_lock表示开始用互斥锁上锁，此后的代码直至调用pthread_mutex_unlock为止，均被上锁，即同一时间只 能被一个线程调用执行。当一个线程执行到pthread_mutex_lock处时，如果该锁此时被另一个线程使用，那此线程被阻塞，即程序将等待到另一 个线程释放此互斥锁。
(3) sleep是为了让线程睡眠一段时间，让线程释放互斥锁，等待另一个线程使用此锁。
1.5取消一个线程
1.5.1 int pthread_cancel(pthread_t thread);
thread:线程的标识符 成功：0
1.5.2 在取消线形程请求的接收端，线程可以用pthread_setcancelstate设置自己的取消状态，
int pthread_setcancelstate(int state,int *oldstate);(是否接受取消的请求)
state:可以是PTHREAD_CANCEL_ENABLE，这个值允许线程接收取消请求；还可以是PTHREAD_CANCEL_DISABLE,它的作用是屏幕它们。
线程以前的取消状态可以用oldstate指针检索出来。如果没兴趣可以传一个NULL进去。
1.5.3 如果取消请求被接受了，线程会进入第二个控制层次----用pthread_setcanceltype设置取消类型。
int pthread_setcanceltype(int type,int *oldstate);
type:可以有两种取值：
（1）一个是PTHREAD_CANCEL_ASYNCHORONOUS，接收到取消请求之后立刻采取行动；
（2）另一个是 PTHREAD_CANCEL_DEFERRED，在接收到取消请求之后、采取实际行动之前，先执行以下几个函数之一：pthread_join、 pthread_cond_wait、pthread_cond_timewait、pthread_testcancel、sem_wait或 sigwait。
成功：0
1.6 获取线程自身的id
pthread_t pthread_self(void);
1.7线程清理处理程序
void pthread_clean_push(void (*rtn)(void *),void *arg)
void pthread_clean_pop(iny excute)
清理函数的调用顺序是由pthread_clean_push函数安排的。
它在下列几种情况下执行:
1.调用pthread_exit时
2.响应取消请求时
3.用非零execute参数调用pthread_clean_pop时
如果execute参数为0，清理函数将不被调用。无论何种情况，pthread_clean_pop都将删除上次pthread_clean_push建立的清理处理程序。
如果线程使用return从例程返回，那么pthread_clean_push建立的清理处理程序不会被执行。
1.8 读写锁：Reader-Writer Locks
1.8.1 多个线程可以同时获得读锁(Reader-Writer lock in read mode)，但是只有一个线程能够获得写锁(Reader-writer lock in write mode)
1.8.2 读写锁有三种状态
(1).一个或者多个线程获得读锁，其他线程无法获得写锁
(2)一个线程获得写锁，其他线程无法获得读锁
(3).没有线程获得此读写锁
1.8.3类型为pthread_rwlock_t
1.8.4创建和关闭读写锁
int pthread_rwlock_init( pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr)
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
pthread_rwlock_rdlock：获得读锁
pthread_rwlock_wrlock：获得写锁
pthread_rwlock_unlock：释放锁，不管是读锁还是写锁都是调用此函数
注意具体 实现可能对同时获得读锁的线程个数有限制，所以在调用 pthread_rwlock_rdlock的时候需要检查错误值，而另外两个pthread_rwlock_wrlock和 pthread_rwlock_unlock则一般不用检查，如果我们代码写的正确的话。
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
1.8.4 Conditional Variable：条件
a. 条件必须被Mutex保护起来
b. 类型为：pthread_cond_t，必须被初始化为PTHREAD_COND_INITIALIZER（用于静态分配的条件，等价于pthread_cond_init(…, NULL)）或者调用pthread_cond_init
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condxattr_t *restrict attr)
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
c. pthread_cond_wait 函数用于等待条件发生（=true）。pthread_cond_timedwait类似，只是当等待超时的时候返回一个错误值ETIMEDOUT。超时 的时间用timespec结构指定。此外，两个函数都需要传入一个Mutex用于保护条件
int pthread_cond_wait( pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex,
const struct timespec *restrict timeout);
d. timespec结构定义如下：
struct timespec {
time_t tv_sec; /* seconds */
long tv_nsec; /* nanoseconds */
};
注意timespec的时间是绝对时间而非相对时间，因此需要先调用gettimeofday函数获得当前时间，再转换成timespec结构，加上偏移量。
e. 有两个函数用于通知线程条件被满足（=true）：
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
两者的区别是前者会唤醒单个线程，而后者会唤醒多个线程。
1.9 (????????????????????????)
int pthread_detach(pthread_t tid);
线程或者是可汇合的 （joinable）或者是脱离的（detached）。当可汇合的线程终止时，其线程ID和退出状态将保留，直到另外一个线程调用 pthread_join。脱离的线程则像守护进程：当它终止时，所有的资源都释放，我们不能等待它终止。如果一个线程需要知道另一个线程什么时候终止， 最好保留第二个线程的可汇合性。pthread_detach函数将指定的线程变为脱离的。该函数通常被想脱离自己的线程调用，如：pthread_detach (pthread_self ( ));
1.10
线程安全：概念比较直观。一般说来，一个函数被称为线程安全的，当且仅当被多个并发线程反复调用时，它会一直产生正确的结果。
可重入：概念基本没有比较正式的完整解释，但是它比线程安全要求更严格。根据经验，所谓“重入”，常见的情况是，程序执行到某个函数foo()时，收到信号，于是暂停目前正在执行的函数，转到信号处理函数，而这个信号处理函数的执行过程中，又恰恰也会进入到刚刚执行的函数foo()，这样便发生了所谓的重入。此时如果foo()能够正确的运行，而且处理完成后，之前暂停的foo()也能够正确运行，则说明它是可重入的。
线程安全的条件：
要 确保函数线程安全，主要需要考虑的是线程之间的共享变量。属于同一进程的不同线程会共享进程内存空间中的全局区和堆，而私有的线程空间则主要包括栈和寄存 器。因此，对于同一进程的不同线程来说，每个线程的局部变量都是私有的，而全局变量、局部静态变量、分配于堆的变量都是共享的。在对这些共享变量进行访问 时，如果要保证线程安全，则必须通过加锁的方式。
可重入的判断条件：
要确保函数可重入，需满足一下几个条件：
1、不在函数内部使用静态或全局数据
2、不返回静态或全局数据，所有数据都由函数的调用者提供。
3、使用本地数据，或者通过制作全局数据的本地拷贝来保护全局数据。
4、不调用不可重入函数。
可重入与线程安全并不等同，一般说来，可重入的函数一定是线程安全的，但反过来不一定成立。
比如：strtok函数是既不可重入的，也不是线程安全的；加锁的strtok不是可重入的，但线程安全；而strtok_r既是可重入的，也是线程安全的。
