Posix线程编程指南主要涉及的是在Unix-like操作系统中如何使用Posix线程库进行多线程编程。线程是一种轻量级的进程,它与进程共享同一内存空间,但拥有独立的执行路径,这使得线程成为提高程序并发性和响应速度的有效手段。
在Posix系统中,线程的创建通过`pthread_create()`函数完成。这个函数接受四个参数:`thread`用于存储新创建线程的ID,`attr`用来设定线程属性,`start_routine`是新线程开始执行的函数指针,`arg`是传递给`start_routine`的参数。当`pthread_create()`执行成功时,新线程将运行`start_routine(arg)`,并且返回值可以通过`pthread_join()`获取。
线程属性`attr`包含多个关键设置,如`__detachstate`决定了线程是否可被同步。默认情况下,线程创建为可join状态(PTHREAD_CREATE_JOINABLE),意味着可以通过`pthread_join()`等待线程结束。如果设置为detach状态(PTHREAD_CREATE_DETACH),线程将在结束时自动清理资源,且无法再用`pthread_join()`。`__schedpolicy`和`__schedparam`用于设置线程的调度策略和优先级,如非实时(SCHED_OTHER)、轮转(SCHED_RR)和先入先出(SCHED_FIFO)。实时调度策略通常只对超级用户可用。`__inheritsched`和`__scope`分别控制线程是否继承调度属性以及CPU竞争的范围。
在Linux中,由于线程实现是在用户空间,内核并没有直接的线程支持。Linux通过`__clone()`系统调用模拟线程创建,而`fork()`实际上也是`__clone()`的一个特殊形式。线程库如NPTL(Native POSIX Thread Library)或LinuxThreads会处理这些细节,为开发者提供符合Posix标准的线程API。
线程的销毁和管理通常涉及到`pthread_join()`、`pthread_exit()`和`pthread_cancel()`等函数。`pthread_join()`用于等待线程结束并回收其资源,`pthread_exit()`允许线程结束并返回一个值,`pthread_cancel()`则用于取消仍在运行的线程。此外,线程属性可以通过`pthread_attr_init()`、`pthread_attr_destroy()`以及一系列的`pthread_attr_get*`和`pthread_attr_set*`函数进行初始化和修改。
Posix线程编程不仅涉及到线程的创建和管理,还包括线程同步(互斥锁、条件变量、信号量等)、线程局部存储、线程安全函数等方面,这些都是开发多线程应用程序时必须掌握的知识点。了解并熟练运用这些机制,有助于编写出高效、可靠的多线程程序。