linux_设置线程属性-pthread_attr_t结构体-设置线程分离态-修改线程栈的大小-NPTL-Toy模板网

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接上一篇：linux_线程分离pthread_detach函数-线程取消pthread_cancel函数-线程相等pthread_equal函数

本次来分享linux线程的属性设置，线程属性主要是一个结构体pthread_attr_t，这个结构体中的成员就是线程的属性了，需要通过一系列的函数来修改，话不多说，上菜：

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1.pthread_attr_t结构体

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、etachstate：线程分离状态
2、stacksize：线程栈大小（默认平均分配）
3、guardsize：线程栈警戒缓冲区大小（位于栈末尾）
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。

2.线程属性初始化与销毁

2.1.线程初始化：pthread_attr_init函数

函数作用：
初始化线程属性。
头文件：
#include <pthread.h>
函数原型：
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
函数参数：
attr：需要初始化的线程资源结构体。
返回值：
成功：0；
失败：错误号。
注意：
①应先初始化线程属性，再pthread_create创建线程。

2.2.线程销毁：pthread_attr_destroy函数

函数作用：
销毁线程属性所占用的资源。
头文件：
#include <pthread.h>
函数原型：
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
函数参数：
attr：需要销毁得线程资源参数结构体
返回值：
成功：0；
失败：错误号。

3.线程的分离状态

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。

3.1.pthread_attr_setdetachstate函数

函数作用：
设置线程是否分离属性：分离or非分离。
头文件：
#include <pthread.h>
函数原型：
int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
函数参数：
attr：已初始化的线程属性
detachstate： PTHREAD_CREATE_DETACHED（分离线程）
PTHREAD _CREATE_JOINABLE（非分离线程）
返回值：
返回0：成功；
返回非0：错误号

3.2.pthread_attr_getdetachstate函数

函数作用：
获取线程是否分离属性：分离or非分离。
头文件：
#include <pthread.h>
函数原型：
int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
函数参数：
attr：已初始化的线程属性
detachstate： PTHREAD_CREATE_DETACHED（分离线程）
PTHREAD _CREATE_JOINABLE（非分离线程）

返回值：
返回0：成功；
返回非0：错误号
注意：
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。

3.3.pthread_cond_timedwait函数

函数作用：
线程等待一定的时间，如果超时或有信号触发，线程唤醒。
头文件：
#include <pthread.h>
函数原型：
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,
pthread_mutex_t *restrict mutex,
const struct timespec *restrict abstime);
函数参数：
cond：条件变量
mutex：互斥锁
abstime：等待时间（其值为系统时间 + 等待时间)
返回值：
返回0：成功；在指定时间内有信号传过来时；
返回非0：错误号。
注意：
sleep 线程等待，等待期间线程无法唤醒。
pthread_cond_wait 线程等待信号触发，如果没有信号触发，无限期等待下去。
pthread_cond_timedwait 线程等待一定的时间，如果超时或有信号触发，线程唤醒。

4.线程的栈地址

POSIX.1定义了两个常量_POSIX_THREAD_ATTR_STACKADDR 和_POSIX_THREAD_ATTR_STACKSIZE检测系统是否支持栈属性。也可以给sysconf函数传递_SC_THREAD_ATTR_STACKADDR或 _SC_THREAD_ATTR_STACKSIZE来进行检测。
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。

4.1.pthread_attr_setstack函数

函数作用：
借助线程的属性,修改线程栈空间大小。
头文件：
#include <pthread.h>
函数原型：
int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr, size_t stacksize);
函数参数：
attr：指向一个线程属性的指针
stackaddr：需要设置的栈地址
stacksize：需要设置的栈大小
返回值：
成功：0；
失败：错误号

4.2.pthread_attr_getstack函数

函数作用：
获取栈大小与栈地址。
头文件：
#include <pthread.h>
函数原型：
int pthread_attr_getstack(pthread_attr_t *attr, void **stackaddr, size_t *stacksize);
函数参数：
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

5.线程的栈大小

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。

5.1.pthread_attr_setstacksize函数

函数作用：
设置attr中栈的大小。
头文件：
#include <pthread.h>
函数原型：
int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize);
函数参数：
attr：指向一个线程属性的指针
stacksize：需要设置attr结构体中的栈大小
返回值：
成功：0；
失败：错误号

5.2.pthread_attr_getstacksize函数

函数作用：
获得attr中栈的大小。
头文件：
#include <pthread.h>
函数原型：
int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize);
函数参数：
attr：指向一个线程属性的指针
stacksize：获得attr结构体中的栈大小
返回值：
成功：0；
失败：错误号

6.例子

6.1.获取和修改栈地址与栈大小

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define SIZE 0x10000
//线程回调函数
void *th_fun(void *arg)
{
	while (1) 
		sleep(1);
}

int main(void)
{
	pthread_t tid;
	int err, detachstate, i = 1;
	pthread_attr_t attr;
	size_t stacksize;   //typedef  size_t  unsigned int 
	void *stackaddr;

	pthread_attr_init(&attr);		//初始化attr
	pthread_attr_getstack(&attr, &stackaddr, &stacksize);
	pthread_attr_getdetachstate(&attr, &detachstate);//得到线程的是否分离属性

	if (detachstate == PTHREAD_CREATE_DETACHED)   //默认是分离态
	{
		printf("thread detached\n");
	}
	else if (detachstate == PTHREAD_CREATE_JOINABLE) //默认时非分离
	{
		printf("thread join\n");
	}
	else
	{
		printf("thread un known\n");
	}
	/* 设置线程分离属性 */
	pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

	while (1) {
		/* 在堆上申请内存,指定线程栈的起始地址和大小 */
		stackaddr = malloc(SIZE);
		if (stackaddr == NULL) {
			perror("malloc");
			exit(1);
		}
		stacksize = SIZE;
	 	pthread_attr_setstack(&attr, stackaddr, stacksize);   //借助线程的属性,修改线程栈空间大小
		err = pthread_create(&tid, &attr, th_fun, NULL);
		if (err != 0) {
			printf("%s\n", strerror(err));
			exit(1);
		}
		printf("%d\n", i++);
	}

	pthread_attr_destroy(&attr);

	return 0;
}

6.2.pthread_attr_get(set)stacksize函数调用

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

#define SIZE 0x10000
//线程回调函数
void *th_fun(void *arg)
{
	sleep(1);
    pthread_exit(NULL);
}

int main(void)
{
	pthread_t tid;
	int err;
	pthread_attr_t attr;
	size_t stacksize = 1024*1024*4;   //typedef  size_t  unsigned int 

	pthread_attr_init(&attr);		//初始化attr
	pthread_attr_setstacksize(&attr, stacksize);//设置栈大小
    err = pthread_create(&tid, &attr, th_fun, NULL);//创建线程
    if (err != 0) {
        printf("%s\n", strerror(err));
        exit(1);
    }
    //等待线程退出
    pthread_join(tid, NULL); 
    //得到attr中栈的大小
    err = pthread_attr_getstacksize(&attr,&stacksize);
    printf("子线程 stacksize: %ld MB\n",stacksize/(1024*1024));
    if (err != 0) {
        printf("%s\n", strerror(err));
        exit(1);
    }
    sleep(2);
	return 0;
}

7.NPTL

NPTL：全称为 Native POSIX Threads Library，是Linux的线程库。

1、察看当前pthread库版本getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION
2、NPTL实现机制(POSIX)，Native POSIX Thread Library
3、使用线程库时gcc指定 –lpthread

8.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
pthread_join
pthread_detach
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

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