WikiSort.ru - Программирование

POSIX Threads — стандарт POSIX-реализации потоков (нитей) выполнения. Стандарт POSIX.1c, Threads extensions (IEEE Std 1003.1c-1995) определяет API для управления потоками, их синхронизации и планирования.

Реализации данного API существуют для большого числа UNIX-подобных ОС (GNU/Linux, Solaris, FreeBSD, OpenBSD, NetBSD, OS X), а также для Microsoft Windows и других ОС.

Библиотеки, реализующие этот стандарт (и функции этого стандарта), обычно называются Pthreads (функции имеют приставку «pthread_»).

Основные функции стандарта

Pthreads определяет набор типов и функций на языке программирования Си. Заголовочный файл — pthread.h.

• Типы данных:
  • pthread_t: дескриптор потока;
  • pthread_attr_t: перечень атрибутов потока;
  • pthread_barrier_t: барьер;
  • pthread_barrierattr_t: атрибуты барьера;
  • pthread_cond_t: условная переменная;
  • pthread_condattr_t: атрибуты условной переменной;
  • pthread_key_t: данные, специфичные для потока;
  • pthread_mutex_t: мьютекс;
  • pthread_mutexattr_t: атрибуты мьютекса;
  • pthread_rwlock_t: мьютекс с возможностью эксклюзивной блокировки;
  • pthread_rwlockattr_t: атрибуты этого мьютекса;
  • pthread_spinlock_t: спинлок;
• Функции управления потоками:
  • pthread_create(): создание потока.
  • pthread_exit(): завершение потока (должна вызываться функцией потока при завершении).
  • pthread_cancel(): отмена потока.
  • pthread_join(): подключиться к другому потоку и ожидать его завершения; поток, к которому необходимо подключиться, должен быть создан с возможностью подключения (PTHREAD_CREATE_JOINABLE).
  • pthread_detach(): отключиться от потока, сделав его при этом отдельным (PTHREAD_CREATE_DETACHED).
  • pthread_attr_init(): инициализировать структуру атрибутов потока.
  • pthread_attr_setdetachstate(): указывает параметр "отделимости" потока (detach state), который говорит о возможности подключения к нему (при помощи pthread_join) других потоков (значение PTHREAD_CREATE_JOINABLE) для ожидания окончания или о запрете подключения (значение PTHREAD_CREATE_DETACHED); ресурсы отдельного потока (PTHREAD_CREATE_DETACHED) при завершении автоматически освобождаются и возвращаются системе.
  • pthread_attr_destroy(): освободить память от структуры атрибутов потока (уничтожить дескриптор).
• Функции синхронизации потоков:
  • pthread_mutex_init(), pthread_mutex_destroy(), pthread_mutex_lock(), pthread_mutex_trylock(), pthread_mutex_unlock(): с помощью мьютексов.
  • pthread_cond_init(), pthread_cond_signal(), pthread_cond_wait(): с помощью условных переменных.

Пример

Пример использования потоков на языке C:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>

static void wait_thread( void )
{
    time_t start_time = time( NULL );

    while( time( NULL ) == start_time )
        ; /* do nothing except chew CPU slices for up to one second. */
}

static void* thread_func( void* vptr_args )
{
    unsigned i;

    for( i = 0; i < 20; ++i )
    {
        fputs( "b\n", stderr );
        wait_thread();
    }

    return NULL;
}

int main( void )
{
    unsigned i;
    pthread_t thread;

    if ( pthread_create( &thread, NULL, thread_func, NULL ) )
        return EXIT_FAILURE;

    for( i = 0; i < 20; ++i )
    {
        puts( "a\n" );
        wait_thread();
    }

    if ( pthread_join( thread, NULL ) )
        return EXIT_FAILURE;

    return EXIT_SUCCESS;
}

Пример использования потоков на языке C++:

#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
    
class Thread
{
public:
    virtual ~Thread() {}
		
    virtual void run() = 0;

    int start()          { return pthread_create( &_ThreadId, NULL,
                           Thread::thread_func, this ); }
    int wait ()          { return pthread_join( _ThreadId, NULL ); }

protected:
    pthread_t _ThreadId;

    Thread( const Thread& ); // disable copy constructor
    static void* thread_func( void* d ) { ( static_cast< Thread* >( d ) ) -> run(); return NULL; }
};

class TestingThread : public Thread
{
public:
    TestingThread( const char* pcszText ) : _pcszText( pcszText ) {}

    virtual void run()
    {
        for( unsigned i = 0; i < 20; ++i, sleep( 1 ) )
            std::cout << _pcszText << std::endl;
    }

protected:
    const char* _pcszText;
};

int main()
{
    TestingThread ThreadA( "a" );
    TestingThread ThreadB( "b" );
	
    return
        ThreadA.start() || ThreadB.start() ||
        ThreadA.wait() || ThreadB.wait() ?
            EXIT_FAILURE :
            EXIT_SUCCESS;
}

Представленные программы используют два потока, печатающих в консоль сообщения, один, печатающий 'a', второй — 'b'. Вывод сообщений смешивается в результате переключения выполнения между потоками или одновременном выполнении на мультипроцессорных системах.

Отличие состоит в том, что программа на C создаёт один новый поток для печати 'b', а основной поток печатает 'a'. Основной поток (после печати 'aaaaa….') ждёт завершения дочернего потока.

Программа на C++ создаёт два новых потока, один печатает 'a', второй, соответственно, — 'b'. Основной поток ждёт завершения обоих дочерних потоков.

См. также

• Native POSIX Thread Library (NPTL)
• GNU Portable Threads
• Список многопоточных библиотек C++

Ссылки

• Статья «Объясняя потоки POSIX», Даниэля Роббинса (основателя проекта Gentoo)  (англ.)
• Интервью «10 вопросов Девиду Бутенхофу о параллельном программировании и потоках POSIX» с Майклом Суиссом  (англ.)
• The Open Group Base Specifications Issue 6, IEEE Std 1003.1 (англ.)
• Pthreads Presentation at 2007 OSCON (O’Reilly Open Source Convention) by Adrien Lamothe. An overview of Pthreads with current trends (англ.)
• Установка библиотеки pthread.h в среде Visual Studio