POSIX Threads

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

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_»).

Для трансляции кода, использующего данный программный интерфейс, необходим параметр -lpthread.

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 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[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:
    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&);
    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 int i = 0; i < 20; i++, Sleep(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]