Создание и ожидание выполнения потоков
Создание и ожидание потока
Рассмотрим простой пример
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <conio.h>
#define ERROR_CREATE_THREAD -11
#define ERROR_JOIN_THREAD -12
#define SUCCESS 0
void* helloWorld(void *args) {
printf("Hello from thread!\n");
return SUCCESS;
}
int main() {
pthread_t thread;
int status;
int status_addr;
status = pthread_create(&thread, NULL, helloWorld, NULL);
if (status != 0) {
printf("main error: can't create thread, status = %d\n", status);
exit(ERROR_CREATE_THREAD);
}
printf("Hello from main!\n");
status = pthread_join(thread, (void**)&status_addr);
if (status != SUCCESS) {
printf("main error: can't join thread, status = %d\n", status);
exit(ERROR_JOIN_THREAD);
}
printf("joined with address %d\n", status_addr);
_getch();
return 0;
}
В данном примере внутри основного потока, в котором работает функция main, создаётся новый поток, внутри которого вызывается функция helloWorld. Функция helloWorld выводит на дисплей приветствие. Внутри основного потока также выводится приветствие. Далее потоки объединяются.
Новый поток создаётся с помощью функции pthread_create
int pthread_create(*ptherad_t, const pthread_attr_t *attr, void* (*start_routine)(void*), void *arg);
Функция получает в качестве аргументов указатель на поток, переменную типа pthread_t, в которую, в случае удачного завершения сохраняет id потока. pthread_attr_t – атрибуты потока. В случае если используются атрибуты по умолчанию, то можно передавать NULL. start_routin – это непосредственно та функция, которая будет выполняться в новом потоке. arg – это аргументы, которые будут переданы функции.
Поток может выполнять много разных дел и получать разные аргументы. Для этого функция, которая будет запущена в новом потоке, принимает аргумент типа void*. За счёт этого можно обернуть все передаваемые аргументы в структуру. Возвращать значение можно также через передаваемый аргумент.
В случае успешного выполнения функция возвращает 0. Если произошли ошибки, то могут быть возвращены следующие значения
- EAGAIN – у системы нет ресурсов для создания нового потока, или система не может больше создавать потоков, так как количество потоков превысило значение PTHREAD_THREADS_MAX (например, на одной из машин, которые используются для тестирования, это магическое число равно 2019)
- EINVAL – неправильные атрибуты потока (переданные аргументом attr)
- EPERM – Вызывающий поток не имеет должных прав для того, чтобы задать нужные параметры или политики планировщика.
Пройдём по программе
#define ERROR_CREATE_THREAD -11 #define ERROR_JOIN_THREAD -12 #define SUCCESS 0
Здесь мы задаём набор значений, необходимый для обработки возможных ошибок.
void* helloWorld(void *args) {
printf("Hello from thread!\n");
return SUCCESS;
}
Это функция, которая будет работать в отдельном потоке. Она не будет получать никаких аргументов. По стандарту считается, что явный выход из функции вызывает функцию pthread_exit, а возвращаемое значение будет передано при вызове функции pthread_join, как статус.
status = pthread_create(&thread, NULL, helloWorld, NULL);
if (status != 0) {
printf("main error: can't create thread, status = %d\n", status);
exit(ERROR_CREATE_THREAD);
}
Здесь создаётся и сразу же исполняется новый поток. Поток не получает никаких атрибутов или аргументов. После создания потока происходит проверка на ошибку.
Вызов
status = pthread_join(thread, (void**)&status_addr);
if (status != SUCCESS) {
printf("main error: can't join thread, status = %d\n", status);
exit(ERROR_JOIN_THREAD);
}
Приводит к тому, что основной поток будет ждать завершения порождённого. Функция
int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);
Откладывает выполнение вызывающего (эту функцию) потока, до тех пор, пока не будет выполнен поток thread. Когда pthread_join выполнилась успешно, то она возвращает 0. Если поток явно вернул значение (это то самое значение SUCCESS, из нашей функции), то оно будет помещено в переменную value_ptr. Возможные ошибки, которые возвращает pthread_join
- EINVAL – thread указывает на не объединяемый поток
- ESRCH – не существует потока с таким идентификатором, который хранит переменная thread
- EDEADLK – был обнаружен дедлок (взаимная блокировка), или же в качестве объединяемого потока указан сам вызывающий поток.
Пример создания потоков с передачей им аргументов
Пусть мы хотим передать потоку данные и вернуть что-нибудь обратно. Скажем, передавать потоку будем строку, а возвращать из потока длину этой строки.
Так как функция может получать только указатель типа void, то все аргументы следует упаковать в структуру. Определим новый тип структуру:
typedef struct someArgs_tag {
int id;
const char *msg;
int out;
} someArgs_t;
Здесь id – это идентификатор потока (он в общем-то не нужен в нашем примере), второе поле это строка, а третье длина строки, которую мы будем возвращать.
Внутри функции приводим аргумент к нужному типу, выводим на печать строку и засовываем в структуру обратно вычисленную длину строки.
void* helloWorld(void *args) {
someArgs_t *arg = (someArgs_t*) args;
int len;
if (arg->msg == NULL) {
return BAD_MESSAGE;
}
len = strlen(arg->msg);
printf("%s\n", arg->msg);
arg->out = len;
return SUCCESS;
}
В том случае, если всё прошло удачно, то в качестве статуса возвращаем значение SUCCESS, а если была допущена ошибка (в нашем случае, если передана нулевая строка), то выходим со статусом BAD_MESSAGE.
В этом примере создадим 4 потока. Для 4-х потоков понадобятся массив типа pthread_t длинной 4, массив передаваемых аргументов и 4 строки, которые мы и будем передавать.
pthread_t threads[NUM_THREADS];
int status;
int i;
int status_addr;
someArgs_t args[NUM_THREADS];
const char *messages[] = {
"First",
NULL,
"Third Message",
"Fourth Message"
};
Первым делом заполняем значения аргументов.
for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
args[i].id = i;
args[i].msg = messages[i];
}
Далее создаём в цикле новые потоки
for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
status = pthread_create(&threads[i], NULL, helloWorld, (void*) &args[i]);
if (status != 0) {
printf("main error: can't create thread, status = %d\n", status);
exit(ERROR_CREATE_THREAD);
}
}
Затем ждём завершения
for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
status = pthread_join(threads[i], (void**)&status_addr);
if (status != SUCCESS) {
printf("main error: can't join thread, status = %d\n", status);
exit(ERROR_JOIN_THREAD);
}
printf("joined with address %d\n", status_addr);
}
Под конец ещё выводим аргументы, которые теперь хранят возвращённые значения. Заметьте, что один из аргументов «плохой» (строка равна NULL). Вот полный код
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <conio.h>
#include <string.h>
#define ERROR_CREATE_THREAD -11
#define ERROR_JOIN_THREAD -12
#define BAD_MESSAGE -13
#define SUCCESS 0
typedef struct someArgs_tag {
int id;
const char *msg;
int out;
} someArgs_t;
void* helloWorld(void *args) {
someArgs_t *arg = (someArgs_t*) args;
int len;
if (arg->msg == NULL) {
return BAD_MESSAGE;
}
len = strlen(arg->msg);
printf("%s\n", arg->msg);
arg->out = len;
return SUCCESS;
}
#define NUM_THREADS 4
int main() {
pthread_t threads[NUM_THREADS];
int status;
int i;
int status_addr;
someArgs_t args[NUM_THREADS];
const char *messages[] = {
"First",
NULL,
"Third Message",
"Fourth Message"
};
for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
args[i].id = i;
args[i].msg = messages[i];
}
for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
status = pthread_create(&threads[i], NULL, helloWorld, (void*) &args[i]);
if (status != 0) {
printf("main error: can't create thread, status = %d\n", status);
exit(ERROR_CREATE_THREAD);
}
}
printf("Main Message\n");
for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
status = pthread_join(threads[i], (void**)&status_addr);
if (status != SUCCESS) {
printf("main error: can't join thread, status = %d\n", status);
exit(ERROR_JOIN_THREAD);
}
printf("joined with address %d\n", status_addr);
}
for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
printf("thread %d arg.out = %d\n", i, args[i].out);
}
_getch();
return 0;
}
Выполните его несколько раз. Заметьте, что порядок выполнения потоков не детерминирован. Запуская программу, можно каждый раз получить другой порядок выполнения.
