Valeurs de retour des fonctions pthreads

La plupart des fonctions pthreads renvoient ̣0 en cas de succès et un numéro d'erreur en cas d'échec. Les numéros d’erreur pouvant être renvoyés ont la même signification que ceux renvoyés dans errno par les appels système conventionnels et les fonctions de la bibliothèque C. Notez que les fonctions pthreads ne positionnent pas errno. Pour chacune des fonctions pthreads qui peuvent produire une erreur, POSIX.1-2001 spécifie que la fonction ne peut pas échouer avec l'erreur EINTR.

Identifiants de thread

Chacun des threads d'un processus a un unique identifiant de thread (stocké dans le type pthread_t). Cet identifiant est renvoyé à l'appelant de pthread_create(3) et un thread peut obtenir son propre identifiant de thread en utilisant pthread_self(3).

Les identifiants de threads ne sont garantis d'être uniques qu'à l'intérieur d'un processus. Dans toutes les fonctions pthreads qui acceptent un identifiant de thread comme argument, par définition, cet identifiant fait référence à un thread dans le même processus que celui de l’appelant.

Le système peut réutiliser un identifiant de thread après qu'un thread qui s'est terminé a été rejoint ou qu'un thread détaché se soit terminé. POSIX précise : « Si une application essaie d’utiliser un identifiant de thread dont la durée de vie est dépassée, le comportement est indéfini. ».

Fonctions sûres du point de vue des threads

Une fonction sûre du point de vue des threads est une fonction qui peut être appelée en toute sûreté (c'est-à-dire qu'elle renverra le même résultat d'où qu'elle soit appelée) par plusieurs threads en même temps.

POSIX.1-2001 et POSIX.1-2008 exigent que toutes les fonctions indiquées dans la norme soient sûres du point de vue des threads, exceptées les fonctions suivantes :

asctime()
basename()
catgets()
crypt()
ctermid() avec un paramètre non NULL
ctime()
dbm_clearerr()
dbm_close()
dbm_delete()
dbm_error()
dbm_fetch()
dbm_firstkey()
dbm_nextkey()
dbm_open()
dbm_store()
dirname()
dlerror()
drand48()
ecvt() [POSIX.1-2001 uniquement (fonction supprimée dans POSIX.1-2008)]
encrypt()
endgrent()
endpwent()
endutxent()
fcvt() [POSIX.1-2001 uniquement (fonction supprimée dans POSIX.1-2008)]
ftw()
gcvt() [POSIX.1-2001 uniquement (fonction supprimée dans POSIX.1-2008)]
getc_unlocked()
getchar_unlocked()
getdate()
getenv()
getgrent()
getgrgid()
getgrnam()
gethostbyaddr() [POSIX.1-2001 uniquement (fonction supprimée dans
                 POSIX.1-2008)]
gethostbyname() [POSIX.1-2001 uniquement (fonction supprimée dans
                 POSIX.1-2008)]
gethostent()
getlogin()
getnetbyaddr()
getnetbyname()
getnetent()
getopt()
getprotobyname()
getprotobynumber()
getprotoent()
getpwent()
getpwnam()
getpwuid()
getservbyname()
getservbyport()
getservent()
getutxent()
getutxid()
getutxline()
gmtime()
hcreate()
hdestroy()
hsearch()
inet_ntoa()
l64a()
lgamma()
lgammaf()
lgammal()
localeconv()
localtime()
lrand48()
mrand48()
nftw()
nl_langinfo()
ptsname()
putc_unlocked()
putchar_unlocked()
putenv()
pututxline()
rand()
readdir()
setenv()
setgrent()
setkey()
setpwent()
setutxent()
strerror()
strsignal() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
strtok()
system() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
tmpnam() avec un paramètre non NULL
ttyname()
unsetenv()
wcrtomb() si son dernier paramètre est NULL
wcsrtombs() si son dernier paramètre est NULL
wcstombs()
wctomb()

Fonctions pour annulations sûres asynchrones

Une fonction pour annulations sûres asynchrones peut être appelée sans risque dans une application où l’annulation asynchrone est activée (consultez pthread_setcancelstate(3)).

POSIX.1-2001 et POSIX.1-2008 exigent que seules les fonctions suivantes soient pour annulations sûres asynchrones :

pthread_cancel()
pthread_setcancelstate()
pthread_setcanceltype()

Points d'annulation

POSIX.1 spécifie que certaines fonctions doivent, et certaines autres fonctions peuvent, être des points d'annulation. Si un thread est annulable, que son type d'annulation est différé (« deferred ») et qu'une demande d'annulation est en cours pour ce thread, alors le thread est annulé quand il appelle une fonction qui est un point d'annulation.

POSIX.1-2001 et/ou POSIX.1-2008 exigent que les fonctions suivantes soient des points d'annulation :

accept()
aio_suspend()
clock_nanosleep()
close()
connect()
creat()
fcntl() F_SETLKW
fdatasync()
fsync()
getmsg()
getpmsg()
lockf() F_LOCK
mq_receive()
mq_send()
mq_timedreceive()
mq_timedsend()
msgrcv()
msgsnd()
msync()
nanosleep()
open()
openat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
pause()
poll()
pread()
pselect()
pthread_cond_timedwait()
pthread_cond_wait()
pthread_join()
pthread_testcancel()
putmsg()
putpmsg()
pwrite()
read()
readv()
recv()
recvfrom()
recvmsg()
select()
sem_timedwait()
sem_wait()
send()
sendmsg()
sendto()
sigpause() [POSIX.1-2001 seulement (déplacée dans la liste « may » dans
            POSIX.1-2008)]
sigsuspend()
sigtimedwait()
sigwait()
sigwaitinfo()
sleep()
system()
tcdrain()
usleep() [POSIX.1-2001 seulement(fonction retirée dans POSIX.1-2008)]
wait()
waitid()
waitpid()
write()
writev()

POSIX.1-2001 et/ou POSIX.1-2008 indiquent que les fonctions suivantes peuvent être des points d'annulation :

access()
asctime()
asctime_r()
catclose()
catgets()
catopen()
chmod() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
chown() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
closedir()
closelog()
ctermid()
ctime()
ctime_r()
dbm_close()
dbm_delete()
dbm_fetch()
dbm_nextkey()
dbm_open()
dbm_store()
dlclose()
dlopen()
dprintf() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
endgrent()
endhostent()
endnetent()
endprotoent()
endpwent()
endservent()
endutxent()
faccessat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
fchmod() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
fchmodat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
fchown() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
fchownat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
fclose()
fcntl() (pour n’importe quelle valeur de l’argument de commande)
fflush()
fgetc()
fgetpos()
fgets()
fgetwc()
fgetws()
fmtmsg()
fopen()
fpathconf()
fprintf()
fputc()
fputs()
fputwc()
fputws()
fread()
freopen()
fscanf()
fseek()
fseeko()
fsetpos()
fstat()
fstatat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
ftell()
ftello()
ftw()
futimens() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
fwprintf()
fwrite()
fwscanf()
getaddrinfo()
getc()
getc_unlocked()
getchar()
getchar_unlocked()
getcwd()
getdate()
getdelim() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
getgrent()
getgrgid()
getgrgid_r()
getgrnam()
getgrnam_r()
gethostbyaddr() [POSIX.1-2001 seulement (fonction retirée dans
                 POSIX.1-2008)]
gethostbyname() [POSIX.1-2001 seulement (fonction retirée dans
                 POSIX.1-2008)]
gethostent()
gethostid()
gethostname()
getline() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
getlogin()
getlogin_r()
getnameinfo()
getnetbyaddr()
getnetbyname()
getnetent()
getopt() (si opterr est différent de zéro)
getprotobyname()
getprotobynumber()
getprotoent()
getpwent()
getpwnam()
getpwnam_r()
getpwuid()
getpwuid_r()
gets()
getservbyname()
getservbyport()
getservent()
getutxent()
getutxid()
getutxline()
getwc()
getwchar()
getwd() [POSIX.1-2001 seulement (fonction retirée dans POSIX.1-2008)]
glob()
iconv_close()
iconv_open()
ioctl()
link()
linkat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
lio_listio() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
localtime()
localtime_r()
lockf() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
lseek()
lstat()
mkdir() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
mkdirat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
mkdtemp() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
mkfifo() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
mkfifoat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
mknod() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
mknodat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
mkstemp()
mktime()
nftw()
opendir()
openlog()
pathconf()
pclose()
perror()
popen()
posix_fadvise()
posix_fallocate()
posix_madvise()
posix_openpt()
posix_spawn()
posix_spawnp()
posix_trace_clear()
posix_trace_close()
posix_trace_create()
posix_trace_create_withlog()
posix_trace_eventtypelist_getnext_id()
posix_trace_eventtypelist_rewind()
posix_trace_flush()
posix_trace_get_attr()
posix_trace_get_filter()
posix_trace_get_status()
posix_trace_getnext_event()
posix_trace_open()
posix_trace_rewind()
posix_trace_set_filter()
posix_trace_shutdown()
posix_trace_timedgetnext_event()
posix_typed_mem_open()
printf()
psiginfo() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
psignal() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
pthread_rwlock_rdlock()
pthread_rwlock_timedrdlock()
pthread_rwlock_timedwrlock()
pthread_rwlock_wrlock()
putc()
putc_unlocked()
putchar()
putchar_unlocked()
puts()
pututxline()
putwc()
putwchar()
readdir()
readdir_r()
readlink() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
readlinkat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
remove()
rename()
renameat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
rewind()
rewinddir()
scandir() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
scanf()
seekdir()
semop()
setgrent()
sethostent()
setnetent()
setprotoent()
setpwent()
setservent()
setutxent()
sigpause() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
stat()
strerror()
strerror_r()
strftime()
symlink()
symlinkat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
sync()
syslog()
tmpfile()
tmpnam()
ttyname()
ttyname_r()
tzset()
ungetc()
ungetwc()
unlink()
unlinkat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
utime() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
utimensat() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
utimes() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
vdprintf() [Ajoutée dans POSIX.1-2008]
vfprintf()
vfwprintf()
vprintf()
vwprintf()
wcsftime()
wordexp()
wprintf()
wscanf()

Une implémentation peut également indiquer d'autres fonctions non spécifiées dans la norme comme étant des points d'annulation. En particulier, une implémentation marquera probablement toute fonction non standard qui peut bloquer comme étant un point d'annulation (cela inclut la plupart des fonctions qui peuvent modifier des fichiers).

Il est à remarquer que même si une application n’utilise pas d’annulation asynchrone, l’appel d’une fonction de la liste ci-dessus à partir d’un gestionnaire de signal asynchrone peut provoquer l’équivalent d’une annulation asynchrone. Le code sous-jacent de l’utilisateur peut ne pas s’attendre à une annulation asynchrone et l’état des données de l’utilisateur peut devenir incohérent. Par conséquent, les signaux doivent être utilisés avec précaution lors de l’entrée dans une région d’annulation différée.

Compiler sous Linux

Sous Linux, les programmes utilisant l'API pthreads doivent être compilés avec cc -pthread.

Implémentations des threads POSIX sous Linux

Deux implémentations différentes des threads ont été fournies par la bibliothèque C de GNU sous Linux :

LinuxThreads

Il s'agit de l'implémentation des Pthreads originelle. Depuis la glibc 2.4, cette implémentation n'est plus prise en charge.

NPTL (Native POSIX Threads Library)

Il s'agit de l'implémentation moderne des Pthreads. Par rapport à LinuxThreads, NPTL se conforme mieux aux exigences de la norme POSIX.1 et fournit une meilleure performance lors de la création d'un grand nombre de threads. NPTL est disponible depuis la glibc 2.3.2 et nécessite des fonctionnalités présentes dans le noyau Linux 2.6.

Ces deux implémentation sont dit de type 1:1, ce qui veut dire que chaque thread correspond à une entité d'ordonnancement du noyau. Les deux implémentations utilisent l'appel système clone(2) de Linux. Dans NPTL, les primitives de synchronisation de threads (mutexes, jonction de thread, etc.) sont implémentées avec l'appel système futex(2) de Linux.

LinuxThreads

Les fonctionnalités importantes de cette implémentation sont les suivantes :

• En plus du thread principal (initial) et des threads créés par le programme avec pthread_create(3), l'implémentation crée un thread de gestion. Ce thread s'occupe de la création et de la terminaison des threads. Des problèmes peuvent survenir si ce thread est tué de façon imprévue.
• Les signaux sont utilisés en interne par l'implémentation. Sous Linux 2.2 et suivants, les trois premiers signaux temps réel sont utilisés (voir aussi signal(7)). Sous les noyaux plus anciens, LinuxThreads utilise SIGUSR1 et SIGUSR2. Les applications doivent éviter d'utiliser un jeu de signaux utilisé par l'implémentation.
• Les threads ne partagent pas leur identifiant de processus. (En fait, les threads LinuxThreads sont implémentés comme des processus partageant plus d'informations qu'à l'habitude, mais pas leur identifiant de processus.) Les threads LinuxThreads (y compris le thread de gestion) sont visibles comme des processus différents avec ps(1).

L'implémentation LinuxThreads s'écarte de la spécification POSIX.1 par plusieurs aspects, dont les suivants :

• Les appels à getpid(2) renvoient une valeur distincte dans chaque thread.
• Les appels à getppid(2) dans les threads autres que le thread principal renvoient l'identifiant de processus du thread de gestion ; à la place, getppid(2) dans ces threads renvoie la même valeur que getppid(2) dans le thread principal.
• Lorsqu'un thread crée un nouveau processus enfant avec fork(2), n'importe quel thread doit pouvoir utiliser wait(2) sur l’enfant. Cependant, l'implémentation ne permet qu'au thread ayant créé l’enfant d'appeler wait(2) sur lui.
• Lorsqu'un thread appelle execve(2), tous les autres threads sont terminés (comme le prescrit POSIX.1). Cependant, le processus résultant a le même PID que le thread ayant appelé execve(2) : il doit avoir le même PID que le thread principal.
• Les threads ne partagent pas leurs identifiants d'utilisateur et de groupe. Cela peut causer des complications pour les programmes set-user-ID et provoquer des erreurs dans les fonctions pthreads si une application change d'identifiant avec seteuid(2) et consorts.
• Les threads ne partagent pas l'identifiant de session et de groupe de processus.
• Les threads ne partagent pas les verrouillages d'enregistrement créés avec fcntl(2).
• L'information renvoyée par times(2) et getrusage(2) est par thread au lieu d'être par processus.
• Les threads ne partagent pas les valeurs « undo » de sémaphore (voir semop(2)).
• Les threads ne partagent pas les temporisations d'intervalle.
• Les threads ne partagent pas leur valeur de politesse.
• POSIX.1 distingue les notions de signal envoyé au processus dans son ensemble et de signal envoyé à un thread individuellement. Selon POSIX.1, un signal envoyé au processus (par exemple avec kill(2)) sera géré par un thread choisi arbitrairement au sein du processus. LinuxThreads ne permet pas d'envoyer un signal au processus, mais seulement à un thread spécifique.
• Les threads ont des paramètres de pile de signaux spécifique distincts. Cependant, les paramètres de pile spécifique d'un nouveau thread sont copiés à partir du thread qui l'a créé, ce qui veut dire que les threads partagent initialement une même pile de signaux spécifique. (Un nouveau thread devrait démarrer sans pile de signaux spécifique. Si deux threads gèrent un signal sur leur pile spécifique au même moment, des échecs imprévisibles du programme risquent de se produire.)

NPTL

Avec NPTL, tous les threads d'un processus sont placés dans le même groupe de threads. Tous les membres d'un groupe de threads partagent le même PID. NPTL n'utilise pas de thread de gestion.

NPTL utilise en interne les deux premiers signaux temps réel. Ces signaux ne peuvent pas être utilisés dans les applications. Consulter nptl(7) pour davantage de détails.

NPTL a encore au moins une non conformité à POSIX.1 :

-

Les threads ne partagent pas leur valeur de politesse.

Certaines non conformités n'apparaissent qu'avec des noyaux plus anciens :

• l'information renvoyée par times(2) et getrusage(2) est par thread au lieu d'être globale au processus (corrigé dans Linux 2.6.9) ;
• les threads ne partagent pas les limites de ressources (corrigé dans Linux 2.6.10) ;
• les threads ne partagent pas les temporisations d'intervalle (corrigé dans Linux 2.6.12) ;
• seul le thread principal est autorisé à démarrer une nouvelle session avec setsid(2) (corrigé dans le noyau 2.6.16) ;
• seul le thread principal est autorisé à rendre le processus leader de son groupe de processus avec setpgid(2) (corrigé dans le noyau 2.6.16) ;
• Les threads ont des paramètres de pile de signaux spécifique distincts. Cependant, les paramètres de pile de signaux spécifique d'un nouveau thread sont copiés de ceux du thread qui l'a créé, de façon que les threads partagent initialement une pile de signaux spécifique dans Linux 2.6.16).

Veuillez noter les points suivants à propos de l'implémentation NPTL :

-

Si la limite souple de taille de pile (voir dans setrlimit(2) la description de RLIMIT_STACK) est différente de unlimited, cette valeur détermine la taille de pile par défaut pour les nouveaux threads. Pour avoir un effet, cette limite doit être définie avant le démarrage du programme, par exemple en utilisant la commande ulimit -s de l’interpréteur de commandes (limit stacksize dans csh).

Déterminer l'implémentation des threads utilisée

Depuis glibc 2.3.2, la commande getconf(1) peut être utilisée pour déterminer l'implémentation de threads du système, par exemple :

bash$ getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION
NPTL 2.3.4

Avec des versions plus anciennes de la glibc, une commande comme la suivante devrait être suffisante pour déterminer l'implémentation de threads par défaut :

bash$ $( ldd /bin/ls | grep libc.so | awk '{print $3}' ) | \
                egrep -i 'threads|nptl'
        Native POSIX Threads Library by Ulrich Drepper et al

Choisir l'implémentation des threads : LD_ASSUME_KERNEL

Sur les systèmes avec une glibc fournissant à la fois LinuxThreads et NPTL (i.e. glibc 2.3.x), la variable d'environnement LD_ASSUME_KERNEL peut être utilisée pour écraser le choix par défaut d'implémentation de threads fait par l'éditeur de liens dynamiques. Cette variable indique à l'éditeur de liens dynamiques qu'il doit faire comme s'il était exécuté avec une version particulière du noyau. En indiquant une version du noyau ne fournissant pas les fonctionnalités nécessitées par NPTL, on peut forcer l'utilisation de LinuxThreads. (La raison la plus probable pour cela est d'exécuter une application (boguée) qui dépend d'un comportement de LinuxThreads non conforme à la spécification.) Par exemple :

bash$ $( LD_ASSUME_KERNEL=2.2.5 ldd /bin/ls | grep libc.so | \
                awk '{print $3}' ) | egrep -i 'threads|nptl'
        linuxthreads-0.10 by Xavier Leroy