线程的标准

文章目录

• 线程标准
• • POSIX标准
  • POSIX线程（Pthreads）
  • 线程属性（POSIX.1标准）
• Linux下线程实现演变
• • LinuxThreads
  • NPTL (Native POSIX Threads Library)
  • 确定线程实现的方式
• Pthreads函数特点
• • 关于返回值
  • 关于EINTR错误

线程标准

POSIX标准

• 一套接口规范，定义了操作系统（尤其是类Unix系统）应该提供哪些功能、以及如何调用这些功能
• 核心目的：可移植性。在遵循POSIX的不同系统（如Linux, BSD, macOS, VxWorks, QNX等）上都能编译运行，无需大量修改
• 嵌入式Linux中的意义：系统调用（如read, write, fork）、文件操作、进程线程API，其行为规范大都源于POSIX

POSIX线程（Pthreads）

• POSIX标准中定义的线程编程接口Pthreads，是一组C语言函数（以pthread_开头）、数据类型（如pthread_t）和常量
• 核心思想：在单个进程内，创建多个并发执行流，它们共享进程的大部分资源，但各自拥有独立的执行上下文（如栈、寄存器）

线程属性（POSIX.1标准）

类别	具体属性/资源	说明	嵌入式开发中的意义
共享属性 (进程级)	全局内存 （数据段、堆段）	线程间通信最直接的渠道。全局变量、malloc 分配的内存所有线程可见	需要同步机制（互斥锁）保护，否则会导致数据竞争
	文件描述符	一个线程打开的文件，其他线程可直接读写	需注意文件偏移量的共享，以及close的时机
	信号处置方式	信号处理函数（signal /sigaction设置）被所有线程继承	多线程下信号处理复杂，通常建议用专门的信号处理线程
	进程ID(PID)、用户ID等	整个进程只有一个身份	权限管理以进程为单位
独有属性 (线程级)	线程ID	pthread_t类型，系统内唯一标识一个线程。	用于pthread_join, pthread_cancel等操作。
	独立的栈	用于存放自动变量（局部变量）、函数调用链	栈大小有限（默认几MB），嵌入式开发需注意深度递归可能导致的栈溢出
	errno变量	每个线程有自己的errno ，避免一个线程的错误影响另一个	这是Pthreads对传统errno 的重要改进
	调度策略与优先级	每个线程可独立设置	嵌入式实时系统中至关重要，用于控制关键线程的响应性

Linux下线程实现演变

LinuxThreads

• 是原始的 Pthreads 实现，从 glibc 2.4 开始，不再支持此实现
• LinuxThreads 线程被实现为共享比平常更多的信息的进程
• 偏离 POSIX.1 规范的实现：
  • LinuxThreads 线程（包括管理器线程）使用 ps（） 显示为单独的进程
  • 对 getpid（） 的调用在每个线程中返回不同的值
  • 在主线程以外的线程中调用 getppid（） 会返回管理器线程的进程 ID
  • 当一个线程使用 fork() 创建新的子进程时, 只允许创建子线程的线程在其上wait()
  • 进程与调用 execve（） 的线程具有相同的 PID
  • 线程不共享用户 ID 和组 ID
  • 线程不共享公共会话 ID 和进程组 ID
  • ...

NPTL (Native POSIX Threads Library)

• 现代 Pthreads 实现
  • 与 LinuxThreads 相比，NPTL 更符合 POSIX.1 规范的要求，并且在创建大量线程时具有更好的性能
  • NPTL 从 glibc 2.3.2 开始提供，并且需要 Linux 2.6 内核中存在的功能
  • 使用 NPTL 时，进程中的所有线程都放置在同一个线程组中
  • 线程组的所有成员共享同一个 PID
  • ...

任何主流嵌入式Linux发行版（如Buildroot, Yocto, OpenWrt等构建的），默认都是NPTL

可以认为线程就是POSIX标准的实现

确定线程实现的方式

• 可以使用getconf命令

getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION

• 对于较旧的 glibc 版本：

$( ldd /bin/ls | grep libc.so | awk '{print $3}' ) | egrep -i 'threads|nptl'

Pthreads函数特点

关于返回值

• 返回值惯例：Pthreads与大多数Linux系统调用的重要区别
• 成功：返回 0。
• 失败：返回 正的错误号（如EAGAIN, EINVAL）,返回的错误号与 errno 中返回的错误号具有相同的含义
• 但是不设置errno：错误号直接通过返回值给出，所以不能用perror()直接输出错误，需要用strerror()转换

// 错误示例：perror("pthread_create"); // 这行不通！
// 正确做法：
int ret = pthread_create(&tid, NULL, func, NULL);
if (ret != 0) {
    fprintf(stderr, "pthread_create error: %s\n", strerror(ret));
}

关于EINTR错误

• EINTR表示系统调用被信号中断
• 对于每个可能返回错误的 pthreads 函数，POSIX.1-2001指定该函数永远不会因错误 EINTR 而失败
  • 即Pthreads函数本身不会被信号中断而失败
• 但普通的系统调用（如read, sleep, write）可能会被中断并返回EINTR
• 对可能阻塞的系统调用，在循环中处理EINTR是健壮性编程的常见做法

while ((n = read(fd, buf, size)) == -1 && errno == EINTR)
    ; // 什么也不做，只是重启read
if (n == -1) // 处理其他错误
    perror("read");