线程私有数据#

每个线程包含如下执行环境所需的信息：

注意：除了上述线程私有数据外，所有线程共享进程的全局内存、堆、代码段、文件描述符等资源。

与进程比较#

线程标识#

就像每个进程有一个进程ID一样，每个线程也有一个线程ID。进程 ID在整个系统中是唯一的，但线程ID不同，线程ID只有在它所属的进程上下文中才有意义。
进程ID，它是用pid_t数据类型来表示的，是一个非负整数。线程ID是用pthread_t数据类型来表示的，实现的时候可以用一个结构来代表pthread_t数据类型，所以可移植的操作系统实现不能把它作为整数处理。因此必须使用一个函数来对两个线程ID进行比较。

int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

pthread_t pthread_self(void);

pthread_create#

可以使用pthread_create创建线程，默认情况下，新线程是可结合（joinable）的。可通过 pthread_attr_setdetachstate 将线程设置为分离（detached）状态。

int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
                   const pthread_attr_t *restrict attr,
                   void *(*start_routine)(void *),
                   void *restrict arg);

作用
pthread_create() 函数用于在调用进程中创建一个新的线程。新线程通过调用 start_routine 函数开始执行，参数 arg 会作为 start_routine 的唯一参数传入。

参数

• pthread_t *restrict thread：指向用于存储新线程 ID 的缓冲区指针。
• const pthread_attr_t *restrict attr：指向用于设置新线程属性的结构体指针，若为 NULL 则使用默认属性。
• void *(*start_routine)(void *)：新线程开始执行的函数地址。
• void *restrict arg：传递给 start_routine 的参数。

返回值

• 成功时返回 0；
• 失败时返回错误码，此时 *thread 的内容是未定义的。

错误码

• EAGAIN：资源不足，无法创建新线程；或系统线程数达到限制（如 RLIMIT_NPROC、/proc/sys/kernel/threads-max 或 /proc/sys/kernel/pid_max）。
• EINVAL：attr 中包含无效设置。
• EPERM：没有权限设置 attr 中指定的调度策略和参数。

终止方式#

新线程可以通过以下几种方式终止：

• 调用 pthread_exit 并指定退出状态，其他线程可以通过 pthread_join 获取该状态。
• 从 start_routine 返回，等同于调用 pthread_exit 并使用返回值作为退出状态。
• 被取消（参见 pthread_cancel）。
• 进程中的任意线程调用了 exit 或主线程从 main() 返回，这会导致进程中所有线程终止。

pthread_exit#

[[noreturn]] void pthread_exit(void *retval);

作用
pthread_exit() 函数用于终止调用它的线程，并可通过 retval 参数返回一个值。如果该线程是可连接的（joinable），则这个返回值可以被同一进程中的其他线程通过调用 pthread_join 获取。
在线程终止时，所有尚未弹出的清理处理程序（由 pthread_cleanup_push 建立）会按照与压入相反的顺序被弹出并执行。如果线程有线程特定数据（thread-specific data），在清理处理程序执行完毕后，相应的析构函数会被调用（调用顺序未指定）。
线程终止时，进程共享资源（如互斥锁、条件变量、信号量和文件描述符）不会被释放，也不会调用通过 atexit 注册的函数。 当一个进程中的最后一个线程终止时，整个进程会像调用了 exit 并传入退出状态码 0 一样终止，此时进程共享资源会被释放，且 atexit 注册的函数也会被调用。

参数

• void *retval：指向线程退出时返回的值。这个值可以被其他线程通过 pthread_join() 获取。注意：该指针指向的内容不应位于调用线程的栈上，因为线程终止后其栈内容是未定义的。

返回值

• 此函数不会返回到调用者（标记为 [[noreturn]]）。

错误

• 该函数总是成功，不会返回错误码。

注意事项

• 除主线程外，任何线程的起始函数中执行 return 操作，都会隐式调用 pthread_exit()，并将函数的返回值作为线程的退出状态。
• 为了让其他线程能够继续执行，主线程应调用 pthread_exit() 而不是 exit 来终止自身。
• retval 指向的数据不应位于调用线程的栈上，因为线程终止后栈的内容是未定义的。

栈的清理#

与进程中的atexit类似，线程可以安排退出时需要调用的函数，这样的函数称为线程清理处理程序（thread cleanup handler）。一个线程可以建立多个清理处理程序。处理程序记录在栈中，也就是说，它们的执行顺序与它们注册时相反。

void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *), void *arg);
void pthread_cleanup_pop(int execute);

作用
pthread_cleanup_push 和 pthread_cleanup_pop 用于操作调用线程的线程取消清理处理程序栈。清理处理程序是一个在线程被取消（或在下面描述的各种其他情况下）时自动执行的函数；例如，它可以解锁互斥锁，以便进程中的其他线程可以使用该锁。

pthread_cleanup_push() 函数将 routine 推入清理处理程序栈的顶部。当 routine 稍后被调用时，它将接收 arg 作为参数。

pthread_cleanup_pop() 函数从清理处理程序栈顶移除routine，并在 execute 非零时选择性地执行它。

参数

• void (*routine)(void *)：指向清理处理程序函数的指针。该函数将在清理时被调用。
• void *arg：传递给清理处理程序函数的参数。
• int execute：非零值表示在弹出时执行清理处理程序；零值表示仅从栈中移除处理程序但不执行。

返回值
这些函数不返回值。

函数 pthread_cancel#

#include <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t thread);

作用
pthread_cancel() 函数用于向指定的目标线程发送一个取消请求。目标线程是否以及何时响应这个取消请求，取决于该线程自身的两个属性：取消状态（cancelability state）和取消类型（cancelability type）。

1. 取消状态：通过 pthread_setcancelstate 设置。

   • 启用 (PTHREAD_CANCEL_ENABLE)：默认状态。接收到取消请求后，会根据取消类型来决定何时执行取消操作。
   • 禁用 (PTHREAD_CANCEL_DISABLE)：如果线程禁用了取消功能，那么取消请求会一直保持在队列中，直到该线程重新启用取消功能。

2. 取消类型：在取消状态为“启用”时生效，通过 pthread_setcanceltype 设置。

   • 延迟 (PTHREAD_CANCEL_DEFERRED)：默认类型。取消请求会被推迟，直到线程下次执行到一个取消点（cancelation point）函数时才被处理。常见的取消点函数包括 sleep(), read(), write(), pthread_join() 等。
   • 异步 (PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS)：线程可以在任何时候被立即取消，而无需等待到达一个取消点。

当线程最终响应取消请求时，它会执行一系列清理操作（如调用 pthread_cleanup_push 注册的清理函数）后终止。

参数

• pthread_t thread：要取消的目标线程的ID。

返回值

• 成功时返回 0。注意，这仅表示取消请求已成功发送或排队，并不意味着目标线程已经终止。
• 失败时返回一个非零的错误码。
  • ESRCH：找不到具有指定 thread ID 的线程。

要确认一个线程是否真的因为取消而终止，需要使用 pthread_join() 来等待该线程，并检查其退出状态是否为 PTHREAD_CANCELED。