pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()的详解

一般来说，Posix的线程终止有两种情况：正常终止和非正常终止。线程主动调用pthread_exit()或者从线程函数中return都将使线程正常退出，这是可预见的退出方式；非正常终止是线程在其他线程的干预下，或者由于自身运行出错（比如访问非法地址）而退出，这种退出方式是不可预见的。

 

不论是可预见的线程终止还是异常终止，都会存在资源释放的问题，在不考虑因运行出错而退出的前提下，如何保证线程终止时能顺利的释放掉自己所占用的资源，特别是锁资源，就是一个必须考虑解决的问题。

最经常出现的情形是资源独占锁的使用：线程为了访问临界资源而为其加上锁，但在访问过程中被外界取消，如果线程处于响应取消状态，且采用异步方式响应，或者在打开独占锁以前的运行路径上存在取消点，则该临界资源将永远处于锁定状态得不到释放。外界取消操作是不可预见的，因此的确需要一个机制来简化用于资源释放的编程。

在POSIX线程API中提供了一个pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()函数对用于自动释放资源 --从pthread_cleanup_push()的调用点到pthread_cleanup_pop()之间的程序段中的终止动作（包括调用 pthread_exit()和取消点终止）都将执行pthread_cleanup_push()所指定的清理函数。API定义如下：

void pthread_cleanup_push(void (*routine) (void  *),  void *arg)
void pthread_cleanup_pop(int execute)

pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()采用先入后出的栈结构管理，void routine(void *arg)函数在调用pthread_cleanup_push()时压入清理函数栈，多次对pthread_cleanup_push()的调用将在清理函数栈中形成一个函数链，在执行该函数链时按照压栈的相反顺序弹出。execute参数表示执行到pthread_cleanup_pop()时是否在弹出清理函数的同时执行该函数，为0表示不执行，非0为执行；这个参数并不影响异常终止时清理函数的执行（及当pthread_cleanup_pop()函数的参数为0时，仅仅在线程调用pthread_exit函数或者其它线程对本线程调用 pthread_cancel函数时，才在弹出“清理函数”的同时执行该“清理函数”）。

示例：

 

/*两个线程都调用了，但是却只调用了第二个线程的清理处理程序，所以如果线程是通过从它的启动历程中返回而终止的话，那么它的清理处理程序就不会被调用，还要注意清理程序是按照与它们安装时相反的顺序被调用的。从代码输出也可以看到先执行的thread 2 second handler后执行的thread 2 first handler。
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

void cleanup(void *arg)
{
    printf("cleanup:%s\n",(char*)arg);
}
void *thr_fn1(void *arg)
{
    printf("thread 1 start\n");
    pthread_cleanup_push(cleanup,"thread 1 first handler");
    pthread_cleanup_push(cleanup,"thread 1 second handler");
    printf("thread 1 push complete\n");
    if(arg)
        return ((void *)1);
    pthread_cleanup_pop(0);
    pthread_cleanup_pop(0);
    return ((void *)1);
}
void *thr_fn2(void *arg)
{
    printf("thread 2 start\n");
    pthread_cleanup_push(cleanup,"thread 2 first handler");
    pthread_cleanup_push(cleanup,"thread 2 second handler");
    printf("thread 2 push complete\n");
    if(arg)
        pthread_exit((void *)2);
    pthread_cleanup_pop(0);
    pthread_cleanup_pop(0);
    pthread_exit((void *)2);
}
int main()
{
    int err;
    pthread_t tid1,tid2;
    void *tret;
    err = pthread_create(&tid1,NULL,thr_fn1,(void *)1);
    if(err != 0)
    {
        fprintf(stderr,"thread create 1 is error\n");
        return -1;
    }
    err = pthread_create(&tid2,NULL,thr_fn2,(void *)1);
    if(err != 0)
    {
        fprintf(stderr,"thread create 2 is error\n");
        return -2;
    }
    err = pthread_join(tid1,&tret);
    if(err != 0)
    {
        fprintf(stderr,"can't join with thread 1\n");
        return -2;
    }

    //pthread_cancel(tid1);
    printf("thread 1 exit code %d\n",tret);
    err = pthread_join(tid2,&tret);
    if(err != 0)
    {
        fprintf(stderr,"can't join with thread 2\n");
        return -2;
    }
    printf("thread 2 exit code %d\n",tret);
    return 0;
}

 

 

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
void clean_fun1(void * arg)
{
    printf("this is clean fun1\n");
}
void clean_fun2(void * arg)
{
    printf("this is clean fun2\n");
}
void * thread_fun(void * arg)
{
    pthread_cleanup_push(clean_fun1,NULL);
    pthread_cleanup_push(clean_fun2,NULL);
    sleep(5);
    //这里要注意,如果将sleep(100);换成while(1);的话,程序会一直暂停.push和pop要成对出现.
    //因为while(1);运行的太快,线程不接受cancel信号
    //while(1);
    pthread_cleanup_pop(0);
    pthread_cleanup_pop(0);
    return NULL;
}
int main()
{
    pthread_t tid1;
    int err;
    err=pthread_create(&tid1,NULL,thread_fun,NULL);
    if(err!=0)
    {
        perror("pthread_create");
        exit(0);
    }
    sleep(3);
    //printf("test\n");
    err=pthread_cancel(tid1);
    if(err!=0)
    {
        perror("cancel error:");
        exit(0);
    }
    err=pthread_join(tid1,NULL);
    if(err!=0)
    {
        perror("pthread_join error:");
        exit(0);
    }

    return 0;
}

 

 

pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()是以宏方式实现的，这是pthread.h中的宏定义：

#define pthread_cleanup_push(routine,arg)                                     
  { struct _pthread_cleanup_buffer _buffer;                                   
    _pthread_cleanup_push (&_buffer, (routine), (arg));
#define pthread_cleanup_pop(execute)                                          
    _pthread_cleanup_pop (&_buffer, (execute)); }
可见,pthread_cleanup_push()带有一个"{"，而pthread_cleanup_pop()带有一个"}"，因此这两个函数必须成对出现，且必须位于程序的同一级别的代码段中才能通过编译。在下面的例子里，当线程在"do some work"中终止时，将主动调用pthread_mutex_unlock(mut)，以完成解锁动作。
work"中终止时，将主动调用pthread_mutex_unlock(mut)，以完成解锁动作。
pthread_cleanup_push(pthread_mutex_unlock, (void *) &mut);
pthread_mutex_lock(&mut);
/* do some work */
pthread_mutex_unlock(&mut);
pthread_cleanup_pop(0);
必须要注意的是，如果线程处于PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS状态，上述代码段就有可能出错，因为CANCEL事件有可能在
pthread_cleanup_push()和pthread_mutex_lock()之间发生，或者在pthread_mutex_unlock()和pthread_cleanup_pop()之间发生，从而导致清理函数unlock一个并没有加锁的
mutex变量，造成错误。因此，在使用清理函数的时候，都应该暂时设置成PTHREAD_CANCEL_DEFERRED模式。为此，POSIX的
Linux实现中还提供了一对不保证可移植的pthread_cleanup_push_defer_np()/pthread_cleanup_pop_defer_np()扩展函数，功能与以下
代码段相当：
{ int oldtype;
 pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_DEFERRED, &oldtype);
 pthread_cleanup_push(routine, arg);
 ...
 pthread_cleanup_pop(execute);
 pthread_setcanceltype(oldtype, NULL);
 }

---

上面我用红色标记的部分是这两个函数的关键作用,我的理解就是:
pthread_cleanup_push(pthread_mutex_unlock, (void *) &mut);
pthread_mutex_lock(&mut);
/* do some work */
pthread_mutex_unlock(&mut);
pthread_cleanup_pop(0);
本来do some work之后是有pthread_mutex_unlock(&mut);这句,也就是有解锁操作,但是在do some work时会出现非正常终止,那样的话,系统会根据pthread_cleanup_push中提供的函数,和参数进行解锁操作或者其他操作,以免造成死锁!

---

补充:
在线程宿主函数中主动调用return，如果return语句包含在pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()对中，则不会引起清理函数的执行，反而会导致segment fault。

线程清理函数

 

“线程取消函数”即线程被取消或者下面描述的情况发生时自动调用的函数。它一般用于释放一些资源，比如释放锁，以免其它的线程永远 也不能获得锁，而造成死锁。
pthread_cleanup_push()函数执行压栈清理函数的操作，而pthread_cleanup_pop()函数执行从栈中删除清理函数的操作。

在下面三种情况下，pthread_cleanup_push()压栈的“清理函数”会被调用：

1, 线程调用pthread_exit()函数，而不是直接return.

2, 响应取消请求时，也就是有其它的线程对该线程调用pthread_cancel()函数。

3, 本线程调用pthread_cleanup_pop()函数，并且其参数非0

注意：
1.当pthread_cleanup_pop()函数的参数为0时，仅仅在线程调用pthread_exit函数或者其它线程对本线程调用 

     pthread_cancel函数时，才在弹出“清理函数”的同时执行该“清理函数”。

2.注意pthread_exit终止线程与线程直接return终止线程的区别,调用return函数是不会在弹出“清理函数”的同时执行该“清理函数的。

3 .pthread_cleanup_push()函数与pthread_cleanup_pop()函数必须成对的出现在同一个函数中。

4.在线程宿主函数中主动调用return，如果return语句包含在pthread_cleanup_push()/pthread_cleanup_pop()对中，则不会引起清理函数的执行，反而会导致segment fault。


push进去的函数可能在以下三个时机执行：
1，显示的调用pthread_exit();
或
2，在cancel点线程被cancel。
或
3，pthread_cleanup_pop()的参数不为0时。

以上动作都限定在push/pop涵盖的代码内。