POSIX Threads
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
[править | править код]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 систем��.
- 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
[править | править код]Пример использования потоков на языке C:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
void wait_thread (void);
void* thread_func (void*);
int main (int argc, char *argv[], char *envp[]) {
pthread_t thread;
if (pthread_create(&thread,NULL,thread_func,NULL)) return EXIT_FAILURE;
for (unsigned int i = 0; i < 20; i++) {
puts("a");
wait_thread();
}
if (pthread_join(thread,NULL)) return EXIT_FAILURE;
return EXIT_SUCCESS;
}
void wait_thread (void) {
time_t start_time = time(NULL);
while(time(NULL) == start_time) {}
}
void* thread_func (void* vptr_args) {
for (unsigned int i = 0; i < 20; i++) {
fputs("b\n",stderr);
wait_thread();
}
return NULL;
}
Пример использования потоков на языке C++:
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
class Thread {
public:
int start () {
return pthread_create( &_ThreadId, nullptr, Thread::thread_func, this );
}
int wait () {
return pthread_join( _ThreadId, nullptr );
}
protected:
Thread() = default;
Thread(const Thread&);
virtual ~Thread () = default;
virtual void run () = 0;
static void* thread_func(void* d) {
(static_cast <Thread*>(d))->run();
return nullptr;
}
private:
pthread_t _ThreadId;
};
class TestingThread : public Thread {
public:
TestingThread (const char* pcszText) : _pcszText( pcszText ) {}
virtual void run () {
for (unsigned int i = 0; i < 20; i++, usleep(1000)) std::cout << _pcszText << std::endl;
}
protected:
const char* _pcszText;
};
int main (int argc, char *argv[], char *envp[]) {
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
[править | править код]Ссылки
[править | править код]- 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 Архивная копия от 24 апреля 2013 на Wayback Machine (англ.)
- Установка библиотеки pthread.h в среде Visual Studio