pthreadの使い方 - あるべるのIT関連メモ

pthreadについて理解したことのメモ

pthreadとは

POSIXスレッドとはスレッドのPOSIX標準である。
スレッド生成やスレッド操作のApiを定義している。
POSIXスレッド - Wikipedia

･･･つまりマルチスレッドプログラミングができるようになります。

gccオプション

gccでコンパイルするためには"-pthread"オプションをつけます。

新しいスレッドを作成する

pthread_create()関数を使います。

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

2つめのAttribute引数の意味はよく分かっていませんが、NULLを指定することでデフォルトとなるようです。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>

void *thread_func(void *param)
{
    printf("thread_func started\n");
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_t thread;
    int ret = 0;
    ret = pthread_create(&thread, NULL, thread_func, NULL);
    if (ret != 0) {
        printf("pthread_create() failed.\n");
    }
    printf("pthread_create() called.\n");
    pthread_join(thread, NULL);    // threadの終了を待つ.
                         
    return 0;
}

出力

>./a.out
pthread_create() called.
thread_func started

main関数でpthread_create()でthreadを作成、指定したthread_funcが呼び出されています。

排他

スレッドの排他を実現するためにmutex(MUTual EXclusion)が用意されています。

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t &mutex)
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t &mutex)

mutexでロックされている区間では同時に1つのスレッドしか操作ができません。
ロックしたら必ずアンロックもセットで行います。

pthread_mutex_t mymutex;
void process(void)
{
    pthread_mutex_lock(&mymutex);
    // 何か処理.
    pthread_mutex_unlock(&mymutex);
}

あるスレッドにてmymutexがロックされている間
他のスレッドはmymutexのロックの取得ができないため
pthread_mutex_lockで待ち状態になります。

条件変数

mutex区間で何か条件の成立を待ちたい、そんなときはpthread_cond_wait()を使用します。
mutexのlock/unlockと同じように
pthread_cond_signal()(またはpthread_cond_broadcast())とセット使用します。

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex)
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

これがめちゃ難解でした(のでこれを書いている)。

まず条件の成立を待つ側はpthread_cond_wait(&mycond, &mymutex)を呼び出します。
pthread_cond_wait()は呼ばれるとまず最初にmymutexのロックを解除します。
こうして他のスレッドがmymutex区間にアクセスできるようにします。
そして条件mycondを待ちます。

ここでmymutexのロックが解除されているので
別のスレッドはmymutexのロックを取得して処理を行います。
それによってmycondが成立した場合にpthread_cond_signal(&mycond)を呼び出します。

するとmycondを待っている最初のスレッドがこの時点で目覚めます。
またこのときpthread_cond_wait()はmymutexのロックを再取得します。
mymutexのロックが取得できた後に初めて応答し、最初のスレッドの処理を続行させます。

// スレッド1がmymutexのロックを取得
pthread_mutex_lock(&mymutex);

// ある条件が整うまで以下を呼び出し待つ
// ここでmymutexのロックは解除される(pthread_mutex_unlock(&mymutex)が実行される)
pthread_cond_wait(&mycond, &mymutex);

// スレッド2がある条件を成立させたのでスレッド1を起こす
// このときpthread_cond_waitはpthread_mutex_lock(&mymutex)が可能になるまで応答しない
pthread_cond_signal(&mycond);

こちらを参考にしました。
一般的なスレッド: POSIX スレッドの説明: 第3回