RT-Thread-【ART-PI Smart 抛砖引玉二】基于POSIX的应用开发之多线程RT-Thread问答社区

【ART-PI Smart 抛砖引玉二】基于POSIX的应用开发之多线程

发布于 2022-05-11 23:29:18 浏览：878 订阅该版

#POSIX简介与选择分析
POSIX：可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface of UNIX，缩写为 POSIX ），是IEEE（电气与电子工程师协会）协会发布的一种操作系统通用化函数接口，用来在应用层实现开发的统一。主要是为了解决早年类Unix系统很多版本之间函数接口不能统一导致的很多开发上的不便。

经过多年的发展，在Uinx/Liunx系统发展过程中，posix系统进一步趋于完善，发展至今，尤其是在linux上，作为应用开发的通用API，具备了较高的可移植性和兼容性，几乎成为了现代操作系统应用开发API的标配。所以，与其说 POSIX 是一个东西，不如说是一个标签。想象一下，有一个盒子，上面贴着标签：POSIX，而盒子里是一个标准。

RT-Smart操作系统具备RT自身的一套完善的API，在应用开发过程中，尤其是之前按熟悉RT-Thread系统开发工程师们，在切换成Smart之后不会有任何的突兀和不适，RT自家的两个系统之间接口是高度统一的。但是对于选择使用Smart系统的工程师来说，最大的动力就是Smart的混合微内核的高效特性，可以用来替代庞大的linux，这种情况下，在linux上之前开发的应用程序，移植到Smart上的时候，只要接口是POSIX标准，那么理论上就可以在用户态直接编译运行elf文件，而不必再用RT的接口标准对程序进行重写。这将大大减少程序移植的复杂度。因此从本篇开始，将会针对POSIX接口进行几个常用模块的程序编写与运行工作，来测试一下Smart对POSIX接口的应用程序支持情况。

#POSIX线程pthread api的应用
POSIX标准下对线程的操作常用的基本API接口包括下面几个：

- pthread_create()	创建线程开始运行相关线程函数，运行结束则线程退出
- pthread_eixt()	因为exit()是用来结束进程的，所以则需要使用特定结束线程的函数
- pthread_join()	挂起当前线程，用于阻塞式地等待线程结束，如果线程已结束则立即返回，0=成功
- pthread_cancel()	发送终止信号给thread线程，成功返回0，但是成功并不意味着thread会终止
- pthread_testcancel()	在不包含取消点，但是又需要取消点的地方创建一个取消点，以便在一个没有包含取消点的执行代码线程中响应取消请求.
- pthread_setcancelstate()	设置本线程对Cancel信号的反应
- pthread_setcanceltype()	设置取消状态 继续运行至下一个取消点再退出或者是立即执行取消动作
- pthread_setcancel()	设置取消状态

##创建线程

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

函数参数：

1. pthread_t *thread, 传入创建的pthread_t指针。
2. const pthread_attr_t *attr，修改进程的属性，如果不设置则可以传入NULL
3. void *(*start_routine) (void *)创建出来的进程执行的函数，返回类型为void*,并且需要带参数void*
4. void *arg 传入的函数参数。
返回值：
1. 成功创建线程，返回0；否则返回错误码。

##线程连结

```
int pthread_join( pthread_t thread, void * value_ptr ); 
```

函数参数：

1. pthread_t *thread, 传入创建的pthread_t指针。
2. void *arg 传入的用来接收线程返回值的内存指针。
返回值：
1. 成功，返回0；否则返回错误码。

调用pthread_join的线程，将被挂起，直到参数thread所代表的线程终止时为止。pthread_join是一个线程阻塞函数，调用它的函数将一直等到被等待的线程结束为止。如果value_ptr不为NULL，那么线程thread的返回值存储在该指针指向的位置。该返回值可以是由pthread_exit给出的值，或者该线程被取消而返回PTHREAD_CANCELED。

##线程分离

```
int pthread_detach(pthread_t thread);
```

函数参数：

1. pthread_t *thread, 传入创建的pthread_t指针。

个线程或者是可汇合（joinable，默认值），或者是脱离的（detached）。当一个可汇合的线程终止时，它的线程ID和退出状态将留存到另一个线程对它调用pthread_join。脱离的线程却像守护进程，当它们终止时，所有相关的资源都被释放，我们不能等待它们终止。如果一个线程需要知道另一线程什么时候终止，那就最好保持第二个线程的可汇合状态

##线程退出

```
void pthread_exit(void * rval_ptr)
```

函数参数：

1. rval_ptr：线程返回值，由调用pthread_join()的线程获取

调用在线程内调用此函数，相当于直接调用了return，但不同的是在线程中的任意函数调用了pthread_exit()都具有退出线程的同样效果。

##获取线程ID

```
pthread_t pthread_self(); 
```

函数返回：

1. 返回当前调用该函数线程的ID

利用该函数，可以在某个线程内部随时获取当前所处线程的ID，方便用来进行后续更多的判断。

#pthread线程操作程序编写
程序设计流程：
利用pthread线程操作API， 创建两个线程，两个线程入口内部分别进行自身信息的打印输出，两个子线程创建之后，分别把子线程和当前主线程进行连接，此时主线程会阻塞等待两个子线程运行结束，然后正常退出。

下面给出该程序的示例，由于程序较短，直接贴在下方:
```
#include <stdio.h> 
#include <pthread.h> 
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>

static void *thread1_entry(void *arg)
{
    printf("sub thread1 running...\r\n");
    sleep(1);
    pthread_exit(0);
    return NULL;
}

static void *thread2_entry(void *arg)
{
    printf("sub thread2 running...\r\n");
    sleep(1);
    pthread_exit(0);
    return NULL;
}

int thread_create_demo(void)
{
    pthread_t mid;
    pthread_t new_th;
    pthread_t new2_th;
    pthread_t new3_th;
    
    printf("\n    [thread_create_demo]\r\n");

if(pthread_create(&new_th, NULL, thread1_entry, NULL) != 0)
    {       
        perror("failed: Error creating thread1\r\n");
        return 1;
    } 
    
    if(pthread_create(&new2_th, NULL, thread2_entry, NULL) != 0)
    {
        perror("failed: Error creating thread2\r\n");
    }

if(pthread_create(&new3_th, NULL, thread2_entry, NULL) != 0)
    {
        perror("failed: Error creating thread2\r\n");
    }

mid = pthread_self();
    printf("main thread: %d\r\n", main_th);
    
    if(pthread_join(new_th, NULL) != 0)
    {
        perror("example_pthread_create() failed: Error in pthread_join()\n");
        return 1;
    } 
    
    if(pthread_join(new2_th, NULL) != 0)
    {
        perror("example_pthread_create() failed: Error in pthread_join()\n");
        return 1;
    }

if(pthread_join(new3_th, NULL) != 0)
    {
        perror("example_pthread_create() failed: Error in pthread_join()\n");
        return 1;
    }

printf("exit.\n");
    
    return 0;
}
```

#编译与运行
代码写好后，利用scons进行编译，记得在代码目录下设置好scons编译需要用到的构建文件，具体编译环境相关的操作参考上一篇文章，[【ART-PI Smart 抛砖引玉 一】系统开发环境搭建与相关代码构建编译运行](https://club.rt-thread.org/ask/article/57c4661595a05b47.html)
编译没有错误之后，则会在sdk的userapps/root/bin目录下生成对应的elf文件。通过上一篇介绍的网口tftp，把该应用的elf文件下载到开发板的文件系统中（具体操作请参考上面第一篇的文章连接），即可运行。正常情况下，会看到程序中两个子线程和主线程对应的打印输出信息。

#总结
通过小小的线程创建例程，可以观察到，posix接口的api在Smart系统上是可以正常的支持的，后续将在线程操作的基础上，继续移植测试posix标准下IPC机制，将会以经典的生产者-消费者模型为例，来展示posix标准下的ipc运行情况。
本篇的最后，继续用一段诗来结束今天一天的疲惫吧。(●'◡'●)
> “盗取荒野与星空的
人不再仰望
介乎科学和白日梦
此间诗意杀人地
煞费万物虚构之舟
去往意识碎片
不眠浪潮灰烬的意志
在酒的深处重逢”
---发光曲线乐队《荒野星》节选