Linux系统编程【线程属性】（2）

08. 线程属性（了解）

8.1 概述

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
    struct sched_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;

主要结构体成员：

1. 线程分离状态

2. 线程栈大小（默认平均分配）

3. 线程栈警戒缓冲区大小（位于栈末尾）

4. 线程栈最低地址

属性值不能直接设置，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、缺省的堆栈、与父进程同样级别的优先级。

8.2 线程属性初始化和销毁

#include <pthread.h>

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
功能：
    初始化线程属性函数，注意：应先初始化线程属性，再pthread_create创建线程
参数：
    attr：线程属性结构体
返回值：
    成功：0
    失败：错误号

int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
功能：
    销毁线程属性所占用的资源函数
参数：
    attr：线程属性结构体
返回值：
    成功：0
    失败：错误号

8.3 线程分离状态

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。

相关函数：

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
功能：设置线程分离状态
参数：
    attr：已初始化的线程属性
    detachstate：    分离状态
        PTHREAD_CREATE_DETACHED（分离线程）
        PTHREAD_CREATE_JOINABLE（非分离线程）
返回值：
    成功：0
    失败：非0

int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
功能：获取线程分离状态
参数：
    attr：已初始化的线程属性
    detachstate：    分离状态
        PTHREAD_CREATE_DETACHED（分离线程）
        PTHREAD _CREATE_JOINABLE（非分离线程）
返回值：
    成功：0
    失败：非0

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。

属性综合代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>

void *fun(void *argc)
{
    for(int i=0;i<5;i++)
    {
        printf("pthread do working %d...\n",i);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}
//测试分离
int main()
{
    pthread_t tid = -1;
    int ret = -1;
    pthread_attr_t attr; 

    //1.初始化线程属性
   ret = pthread_attr_init(&attr);
    if(ret != 0)
    {
        printf("pthread_attr_init failed...\n");
        return 1;
    }
    printf("线程属性初始化函数ok...\n");

    //2.设置线程为分离状态
   ret = pthread_attr_setdetachstate(&attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED);
    if(ret != 0)
    {
        printf("pthread_attr_setdetachstate failed...\n");
        return 1;
    }
    //3.创建一个线程,使用初始化好的属性
    ret = pthread_create(&tid,&attr,fun,NULL);
    if(ret != 0)
    {
        printf("pthread_create failed...\n");
        return 1;
    }
    //4.销毁线程属性
    ret = pthread_attr_destroy(&attr);
    if(ret != 0)
    {
        printf("pthread_attr_destroy failed...\n");
        return 1;
    }
    //5.测试当前线程是否是分离状态
    ret = pthread_join(tid,NULL);
    if(ret != 0)
    {
        printf("当前线程为分离状态...\n");
        
    }
    else
    {
        printf("当前线程为非分离状态...\n");
    }

    while(1);

    return 0;
}

分析对比：

8.4 线程栈地址

POSIX.1定义了两个常量来检测系统是否支持栈属性：

• _POSIX_THREAD_ATTR_STACKADDR
• _POSIX_THREAD_ATTR_STACKSIZE

也可以给sysconf函数传递来进行检测：

• _SC_THREAD_ATTR_STACKADDR
• _SC_THREAD_ATTR_STACKSIZE

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_setstack和pthread_attr_getstack两个函数分别设置和获取线程的栈地址。

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr,  size_t stacksize);
功能：设置线程的栈地址
参数：
    attr：指向一个线程属性的指针
    stackaddr：内存首地址
    stacksize：返回线程的堆栈大小
返回值：
    成功：0
    失败：错误号

int pthread_attr_getstack(const pthread_attr_t *attr, void **stackaddr,  size_t *stacksize);
功能：获取线程的栈地址
参数：
    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：
    成功：0
    失败：错误号

8.5 线程栈大小

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。

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize);
功能：设置线程的栈大小
参数：
    attr：指向一个线程属性的指针
    stacksize：线程的堆栈大小
返回值：
    成功：0
    失败：错误号

int pthread_attr_getstacksize(const pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize);
功能：获取线程的栈大小
参数： 
    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：
    成功：0
    失败：错误号

8.6 综合参考程序

#define SIZE 0x100000

void *th_fun(void *arg)
{
    while (1)
    {
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    int err, detachstate, i = 1;

    pthread_attr_t attr;
    size_t stacksize;
    void *stackaddr;

    pthread_attr_init(&attr);  //线程属性初始化
    pthread_attr_getstack(&attr, &stackaddr, &stacksize); //获取线程的栈地址
    pthread_attr_getdetachstate(&attr, &detachstate);           //获取线程分离状态

    if (detachstate == PTHREAD_CREATE_DETACHED)
    {
        printf("thread detached\n");
    }
    else if (detachstate == PTHREAD_CREATE_JOINABLE)
    {
        printf("thread join\n");
    }
    else
    {
        printf("thread unknown\n");
    }
        
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); //设置分离状态

    while (1) 
    {
        stackaddr = malloc(SIZE);
        if (stackaddr == NULL) 
        {
            perror("malloc");
            exit(1);
        }

        stacksize = SIZE;
        pthread_attr_setstack(&attr, stackaddr, stacksize); //设置线程的栈地址
        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函数

    return 0;
}

8.7 线程使用注意事项

1. 主线程退出其他线程不退出，主线程应调用pthread_exit

2. 避免僵尸线程

• a) pthread_join
• b) pthread_detach
• c) pthread_create指定分离属性

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. 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

5. 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

09. 作业

1） 创建两个子线程， 第一个子线程输出所有的大写字母(A-Z)，第二个子线程输出所有小写字母(a-z)，每输出一个字母都要睡眠(usleep)。 100ms

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<pthread.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>

//打印小写字母
void* fun2(void *arg)
{
    char ch =' ';
    for(ch = 'a'; ch<='z';ch++)
    {
        printf("%c",ch);
        usleep(10000);//100ms
    }
    return NULL;
}
//打印大写字母
void* fun1(void *arg)
{
    char ch =' ';
    for(ch = 'A'; ch<='Z';ch++)
    {
        printf("%c",ch);
        usleep(10000);//100ms
    }
    return NULL;
}
int main()
{

    int ret = -1;
    pthread_t tid1, tid2;

    //创建两个线程
    pthread_create(&tid1,NULL,fun1,NULL);
    pthread_create(&tid2,NULL,fun2,NULL);

    //等待两个线程结束
    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);

    printf("\n main thread exit...\n");

    return 0;
}

xcc@ubuntu:~/8th$ ./a.out
AaBbCcDdEeFfGgHhIiJjKkLlMmNnOoPpQqRrSsTtUuVvWwXxYyZz
main thread exit…
xcc@ubuntu:~/8th$

扩展

1.写一个以当前时间命名的文件

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<time.h>

#define SIZE 32
int main()
{
    time_t t = -1;
    struct tm *pT = NULL;
    char  file_name[SIZE];
    //获取时间 秒
    t= time(NULL);
    if(t == -1)
    {
        perror("time");
        return 1;
    }
    printf("time:%ld\n",t);
   
    //获取当前时间
   // printf("ctime:%s",ctime(&t));
   // 转化为时间
   pT = localtime(&t);
   if(NULL == pT)
   {
       perror("localtime");
       return 1;
   }
   //转化为文件
    memset(file_name,0,SIZE);
    sprintf(file_name, "%s %d%d%d%d%d%d.log","touch",pT->tm_year+1900,pT->tm_mon+1,pT->tm_mday,pT->tm_hour,pT->tm_min,pT->tm_sec);

    printf("file_name:%s\n",file_name);

    system(file_name);

    return 0;
}