pthreads

В вычислениях , потоки POSIX , широко известные как pthreads , представляют собой модель выполнения , существующую независимо от языка программирования а также модель параллельного выполнения . Это позволяет программе управлять несколькими различными потоками работы, которые перекрываются во времени. Каждый поток работы называется потоком , а создание и управление этими потоками достигается путем вызовов API потоков POSIX . POSIX Threads — это API, определенный стандартом Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) POSIX .1c, расширениями потоков (IEEE Std 1003.1c-1995) .

Реализации API доступны во многих Unix-подобных POSIX-совместимых операционных системах, таких как FreeBSD , NetBSD , OpenBSD , Linux , macOS , Android , Solaris , Redox и AUTOSAR Adaptive, обычно поставляемые в виде библиотеки libpthread . Также существуют реализации DR-DOS и Microsoft Windows : в подсистеме SFU/SUA , которая обеспечивает собственную реализацию ряда API-интерфейсов POSIX, а также в сторонних пакетах, таких как pthreads-w32 . который реализует pthreads поверх существующего Windows API .

Содержание

pthreads определяет набор C. языка программирования типов , функций и констант Он реализован с помощью pthread.h потоков заголовок и библиотека .

Существует около 100 процедур потоков, все с префиксами. pthread_ и их можно разделить на четыре группы:

• Управление потоками – создание, присоединение к потокам и т. д.
• Мьютексы
• Условные переменные
• Синхронизация между потоками с использованием блокировок чтения и записи и барьеров.
• Спинлоки

POSIX API семафоров работает с потоками POSIX, но не является частью стандарта потоков, поскольку он определен в стандарте POSIX.1b, Расширения реального времени (IEEE Std 1003.1b-1993) . Следовательно, семафорные процедуры имеют префикс sem_ вместо pthread_.

Пример

Пример, иллюстрирующий использование pthreads в C:

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

#define NUM_THREADS 5

void *perform_work(void *arguments){
  int index = *((int *)arguments);
  int sleep_time = 1 + rand() % NUM_THREADS;
  printf("Thread %d: Started.\n", index);
  printf("Thread %d: Will be sleeping for %d seconds.\n", index, sleep_time);
  sleep(sleep_time);
  printf("Thread %d: Ended.\n", index);
  return NULL;
}

int main(void) {
  pthread_t threads[NUM_THREADS];
  int thread_args[NUM_THREADS];
  int i;
  int result_code;
  
  //create all threads one by one
  for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
    printf("In main: Creating thread %d.\n", i);
    thread_args[i] = i;
    result_code = pthread_create(&threads[i], NULL, perform_work, &thread_args[i]);
    assert(!result_code);
  }

  printf("In main: All threads are created.\n");

  //wait for each thread to complete
  for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
    result_code = pthread_join(threads[i], NULL);
    assert(!result_code);
    printf("In main: Thread %d has ended.\n", i);
  }

  printf("Main program has ended.\n");
  return 0;
}

Эта программа создает пять потоков, каждый из которых выполняет функцию Perform_work , которая выводит уникальный номер этого потока в стандартный вывод. Если бы программист хотел, чтобы потоки взаимодействовали друг с другом, для этого потребовалось бы определить переменную вне области действия любой из функций, сделав ее глобальной переменной . Эту программу можно скомпилировать с помощью компилятора gcc следующей командой:

gcc pthreads_demo.c -pthread -o pthreads_demo

Вот один из многих возможных результатов запуска этой программы.

In main: Creating thread 0.
In main: Creating thread 1.
In main: Creating thread 2.
In main: Creating thread 3.
Thread 0: Started.
In main: Creating thread 4.
Thread 3: Started.
Thread 2: Started.
Thread 0: Will be sleeping for 3 seconds.
Thread 1: Started.
Thread 1: Will be sleeping for 5 seconds.
Thread 2: Will be sleeping for 4 seconds.
Thread 4: Started.
Thread 4: Will be sleeping for 1 seconds.
In main: All threads are created.
Thread 3: Will be sleeping for 4 seconds.
Thread 4: Ended.
Thread 0: Ended.
In main: Thread 0 has ended.
Thread 2: Ended.
Thread 3: Ended.
Thread 1: Ended.
In main: Thread 1 has ended.
In main: Thread 2 has ended.
In main: Thread 3 has ended.
In main: Thread 4 has ended.
Main program has ended.

POSIX-потоки для Windows

Windows не поддерживает стандарт pthreads изначально, поэтому проект Pthreads4w стремится предоставить переносимую реализацию оболочки с открытым исходным кодом. Его также можно использовать для переноса программного обеспечения Unix (которое использует pthreads) с небольшими изменениями или без них на платформе Windows. Pthreads4w версия 3.0.0 или более поздняя версия, выпущенная под лицензией Apache Public License v2.0, совместима с 64-битными или 32-битными системами Windows. Версия 2.11.0, выпущенный по лицензии LGPLv3, также совместим с 64-битными или 32-битными версиями.

Проект Mingw-w64 также содержит реализацию оболочки pthreads, winpthreads , которая пытается использовать больше собственных системных вызовов, чем проект Pthreads4w.

Подсистема среды Interix, доступная в пакете Службы Windows для UNIX/Подсистема для приложений на базе UNIX, предоставляет собственный порт API pthreads, т.е. не сопоставленный с Win32 API, а встроенный непосредственно в интерфейс системных вызовов операционной системы .

См. также

• Система выполнения
• OpenMP
• Силк / Силк Плюс
• Строительные блоки резьбы (TBB)
• Собственная библиотека потоков POSIX (NPTL)
• DCEThreads
• клонировать (системный вызов Linux)
• Ложное пробуждение
• Локальное хранилище потока
• Переносимые потоки GNU
• Grand Central Dispatch (библиотека потоков Apple)
• Beginthread (подпрограмма в Windows для создания нового потока и потока Unix)
• State Threads — подход к многопоточности, управляемый событиями.

Дальнейшее чтение

• Дэвид Р. Бутенхоф (1997). Программирование с использованием потоков POSIX . Аддисон-Уэсли. ISBN  978-0-201-63392-4 .
• Брэдфорд Николс; Дик Баттлар; Жаклин Пру Фарелл (сентябрь 1996 г.). Программирование Pthreads . О'Рейли и партнеры. ISBN  978-1-56592-115-3 .
• Чарльз Дж. Нортруп (25 января 1996 г.). Программирование с использованием потоков UNIX . Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-471-13751-1 .
• Кей А. Роббинс и Стивен Роббинс (2003). UNIX-системное программирование . Прентис-Холл. ISBN  978-0-13-042411-2 .

Внешние ссылки

• Базовые спецификации открытой группы, выпуск 7, IEEE Std 1003.1