printf()作为安全取消点的机制及线程取消相关问题咨询

测试代码 #

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void *thread_function(void *arg)
{
    while(1)
    {
        printf("hello\n"); 
        //sleep(1);
    }
    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_t thread;

    if(pthread_create(&thread, NULL, thread_function, NULL) != 0)
    {
        perror("Failed to create a thread");
        return -1;
    }

    printf("After sleep in main thread\n");
    if (pthread_cancel(thread) != 0) {
        perror("Failed to cancel thread");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    pthread_join(thread, NULL);
    printf("Thread is cancelled\n");
}

疑问点 #

• 当线程函数中用sleep()时，线程能立即被取消；但用printf()时，取消线程需要耗时。已知sleep()是安全取消点，printf()可能是安全取消点，想知道printf()在运行的哪个阶段会成为取消点并触发线程取消？
• 用time命令运行程序时，显示的运行时长为2秒，但实际感觉运行时间更长，这是为什么？

问题解答 #

1. printf()何时成为取消点触发线程取消 #

printf()本身不是POSIX标准强制规定的取消点，但它内部调用的底层I/O函数（比如write()）是标准定义的安全取消点。只有当printf()触发缓冲区刷新、调用到底层系统调用时，才会触发取消检查：

• 比如默认行缓冲模式下，输出换行符\n会触发缓冲刷新；或者缓冲区被填满达到阈值时，printf()会调用write()向内核写入数据。此时write()作为取消点，会检查线程是否存在未处理的取消请求，一旦检测到就会终止线程。
• 如果缓冲区没满，printf()只是把数据写入用户态缓冲区，不会进入系统调用，也就不会触发取消检查。线程会继续循环执行printf，直到某次操作触发缓冲刷新、调用到底层系统调用时，才会响应取消请求——这就是用printf时取消线程需要耗时的原因。

2. time命令显示时长与实际感觉不符的原因 #

time命令统计的是进程的CPU时间（包括用户态CPU时间和内核态CPU时间），而不是你主观感受到的墙上时钟时间（实际流逝的时间）：

• 当线程疯狂调用printf时，大部分时间要么在用户态填充缓冲区，要么等待内核处理I/O（此时进程会进入睡眠状态，不占用CPU）。time只统计进程实际占用CPU的时间，而你感受到的是从程序启动到结束的完整时间，其中包含了进程等待I/O、被调度器切换出去的时间。
• 另外，大量的printf输出会让终端I/O成为瓶颈，进程会频繁陷入睡眠等待终端接收数据，这部分等待时间不会被计入time的CPU时间统计，但会让你觉得程序运行了更久。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Мария Шипаева