powerpc: Add optimized strlen for POWER10
[glibc.git] / manual / threads.texi
blob06b6b277a1228af14f8cd49471c2604cab5e3f03
1 @node Threads
2 @c @node Threads, Internal Probes, Debugging Support, Top
3 @c %MENU% Functions, constants, and data types for working with threads
4 @chapter Threads
5 @cindex threads
7 This chapter describes functions used for managing threads.
8 @Theglibc{} provides two threading implementations: ISO C threads and
9 POSIX threads.
11 @menu
12 * ISO C Threads::       Threads based on the ISO C specification.
13 * POSIX Threads::       Threads based on the POSIX specification.
14 @end menu
17 @node ISO C Threads
18 @section ISO C Threads
19 @cindex ISO C threads
20 @cindex C threads
21 @pindex threads.h
23 This section describes the @glibcadj{} ISO C threads implementation.
24 To have a deeper understanding of this API, it is strongly recommended
25 to read ISO/IEC 9899:2011, section 7.26, in which ISO C threads were
26 originally specified.  All types and function prototypes are declared
27 in the header file @file{threads.h}.
29 @menu
30 * ISO C Threads Return Values:: Symbolic constants that represent a
31                                 function's return value.
32 * ISO C Thread Management::     Support for basic threading.
33 * Call Once::                   Single-call functions and macros.
34 * ISO C Mutexes::               A low-level mechanism for mutual exclusion.
35 * ISO C Condition Variables::   High-level objects for thread synchronization.
36 * ISO C Thread-local Storage::  Functions to support thread-local storage.
37 @end menu
40 @node ISO C Threads Return Values
41 @subsection Return Values
43 The ISO C thread specification provides the following enumeration
44 constants for return values from functions in the API:
46 @vtable @code
47 @item thrd_timedout
48 @standards{C11, threads.h}
49 A specified time was reached without acquiring the requested resource,
50 usually a mutex or condition variable.
52 @item thrd_success
53 @standards{C11, threads.h}
54 The requested operation succeeded.
56 @item thrd_busy
57 @standards{C11, threads.h}
58 The requested operation failed because a requested resource is already
59 in use.
61 @item thrd_error
62 @standards{C11, threads.h}
63 The requested operation failed.
65 @item thrd_nomem
66 @standards{C11, threads.h}
67 The requested operation failed because it was unable to allocate
68 enough memory.
69 @end vtable
72 @node ISO C Thread Management
73 @subsection Creation and Control
74 @cindex thread creation
75 @cindex thread control
76 @cindex thread management
78 @Theglibc{} implements a set of functions that allow the user to easily
79 create and use threads.  Additional functionality is provided to control
80 the behavior of threads.
82 The following data types are defined for managing threads:
84 @deftp {Data Type} thrd_t
85 @standards{C11, threads.h}
86 A unique object that identifies a thread.
87 @end deftp
89 @deftp {Data Type} thrd_start_t
90 @standards{C11, threads.h}
91 This data type is an @code{int (*) (void *)} typedef that is passed to
92 @code{thrd_create} when creating a new thread.  It should point to the
93 first function that thread will run.
94 @end deftp
96 The following functions are used for working with threads:
98 @deftypefun int thrd_create (thrd_t *@var{thr}, thrd_start_t @var{func}, void *@var{arg})
99 @standards{C11, threads.h}
100 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
101 @code{thrd_create} creates a new thread that will execute the function
102 @var{func}.  The object pointed to by @var{arg} will be used as the
103 argument to @var{func}.  If successful, @var{thr} is set to the new
104 thread identifier.
106 This function may return @code{thrd_success}, @code{thrd_nomem}, or
107 @code{thrd_error}.
108 @end deftypefun
110 @deftypefun thrd_t thrd_current (void)
111 @standards{C11, threads.h}
112 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
113 This function returns the identifier of the calling thread.
114 @end deftypefun
116 @deftypefun int thrd_equal (thrd_t @var{lhs}, thrd_t @var{rhs})
117 @standards{C11, threads.h}
118 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
119 @code{thrd_equal} checks whether @var{lhs} and @var{rhs} refer to the
120 same thread.  If @var{lhs} and @var{rhs} are different threads, this
121 function returns @math{0}; otherwise, the return value is non-zero.
122 @end deftypefun
124 @deftypefun int thrd_sleep (const struct timespec *@var{time_point}, struct timespec *@var{remaining})
125 @standards{C11, threads.h}
126 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
127 @code{thrd_sleep} blocks the execution of the current thread for at
128 least until the elapsed time pointed to by @var{time_point} has been
129 reached.  This function does not take an absolute time, but a duration
130 that the thread is required to be blocked.  @xref{Time Basics}, and
131 @ref{Time Types}.
133 The thread may wake early if a signal that is not ignored is received.
134 In such a case, if @code{remaining} is not NULL, the remaining time
135 duration is stored in the object pointed to by
136 @var{remaining}.
138 @code{thrd_sleep} returns @math{0} if it blocked for at least the
139 amount of time in @code{time_point}, @math{-1} if it was interrupted
140 by a signal, or a negative number on failure.
141 @end deftypefun
143 @deftypefun void thrd_yield (void)
144 @standards{C11, threads.h}
145 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
146 @code{thrd_yield} provides a hint to the implementation to reschedule
147 the execution of the current thread, allowing other threads to run.
148 @end deftypefun
150 @deftypefun {_Noreturn void} thrd_exit (int @var{res})
151 @standards{C11, threads.h}
152 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
153 @code{thrd_exit} terminates execution of the calling thread and sets
154 its result code to @var{res}.
156 If this function is called from a single-threaded process, the call is
157 equivalent to calling @code{exit} with @code{EXIT_SUCCESS}
158 (@pxref{Normal Termination}).  Also note that returning from a
159 function that started a thread is equivalent to calling
160 @code{thrd_exit}.
161 @end deftypefun
163 @deftypefun int thrd_detach (thrd_t @var{thr})
164 @standards{C11, threads.h}
165 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
166 @code{thrd_detach} detaches the thread identified by @code{thr} from
167 the current control thread.  The resources held by the detached thread
168 will be freed automatically once the thread exits.  The parent thread
169 will never be notified by any @var{thr} signal.
171 Calling @code{thrd_detach} on a thread that was previously detached or
172 joined by another thread results in undefined behavior.
174 This function returns either @code{thrd_success} or @code{thrd_error}.
175 @end deftypefun
177 @deftypefun int thrd_join (thrd_t @var{thr}, int *@var{res})
178 @standards{C11, threads.h}
179 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
180 @code{thrd_join} blocks the current thread until the thread identified
181 by @code{thr} finishes execution.  If @code{res} is not NULL, the
182 result code of the thread is put into the location pointed to by
183 @var{res}.  The termination of the thread @dfn{synchronizes-with} the
184 completion of this function, meaning both threads have arrived at a
185 common point in their execution.
187 Calling @code{thrd_join} on a thread that was previously detached or
188 joined by another thread results in undefined behavior.
190 This function returns either @code{thrd_success} or @code{thrd_error}.
191 @end deftypefun
194 @node Call Once
195 @subsection Call Once
196 @cindex call once
197 @cindex single-call functions
199 In order to guarantee single access to a function, @theglibc{}
200 implements a @dfn{call once function} to ensure a function is only
201 called once in the presence of multiple, potentially calling threads.
203 @deftp {Data Type} once_flag
204 @standards{C11, threads.h}
205 A complete object type capable of holding a flag used by @code{call_once}.
206 @end deftp
208 @defvr Macro ONCE_FLAG_INIT
209 @standards{C11, threads.h}
210 This value is used to initialize an object of type @code{once_flag}.
211 @end defvr
213 @deftypefun void call_once (once_flag *@var{flag}, void (*@var{func}) (void))
214 @standards{C11, threads.h}
215 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
216 @code{call_once} calls function @var{func} exactly once, even if
217 invoked from several threads.  The completion of the function
218 @var{func} synchronizes-with all previous or subsequent calls to
219 @code{call_once} with the same @code{flag} variable.
220 @end deftypefun
223 @node ISO C Mutexes
224 @subsection Mutexes
225 @cindex mutex
226 @cindex mutual exclusion
228 To have better control of resources and how threads access them,
229 @theglibc{} implements a @dfn{mutex} object, which can help avoid race
230 conditions and other concurrency issues.  The term ``mutex'' refers to
231 mutual exclusion.
233 The fundamental data type for a mutex is the @code{mtx_t}:
235 @deftp {Data Type} mtx_t
236 @standards{C11, threads.h}
237 The @code{mtx_t} data type uniquely identifies a mutex object.
238 @end deftp
240 The ISO C standard defines several types of mutexes.  They are
241 represented by the following symbolic constants:
243 @vtable @code
244 @item mtx_plain
245 @standards{C11, threads.h}
246 A mutex that does not support timeout, or test and return.
248 @item mtx_recursive
249 @standards{C11, threads.h}
250 A mutex that supports recursive locking, which means that the owning
251 thread can lock it more than once without causing deadlock.
253 @item mtx_timed
254 @standards{C11, threads.h}
255 A mutex that supports timeout.
256 @end vtable
258 The following functions are used for working with mutexes:
260 @deftypefun int mtx_init (mtx_t *@var{mutex}, int @var{type})
261 @standards{C11, threads.h}
262 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
263 @code{mtx_init} creates a new mutex object with type @var{type}.  The
264 object pointed to by @var{mutex} is set to the identifier of the newly
265 created mutex.
267 Not all combinations of mutex types are valid for the @code{type}
268 argument.  Valid uses of mutex types for the @code{type} argument are:
270 @table @code
271 @item mtx_plain
272 A non-recursive mutex that does not support timeout.
274 @item mtx_timed
275 A non-recursive mutex that does support timeout.
277 @item mtx_plain | mtx_recursive
278 A recursive mutex that does not support timeout.
280 @item mtx_timed | mtx_recursive
281 A recursive mutex that does support timeout.
282 @end table
284 This function returns either @code{thrd_success} or @code{thrd_error}.
285 @end deftypefun
287 @deftypefun int mtx_lock (mtx_t *@var{mutex})
288 @standards{C11, threads.h}
289 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
290 @code{mtx_lock} blocks the current thread until the mutex pointed to
291 by @var{mutex} is locked.  The behavior is undefined if the current
292 thread has already locked the mutex and the mutex is not recursive.
294 Prior calls to @code{mtx_unlock} on the same mutex synchronize-with
295 this operation (if this operation succeeds), and all lock/unlock
296 operations on any given mutex form a single total order (similar to
297 the modification order of an atomic).
299 This function returns either @code{thrd_success} or @code{thrd_error}.
300 @end deftypefun
302 @deftypefun int mtx_timedlock (mtx_t *restrict @var{mutex}, const struct timespec *restrict @var{time_point})
303 @standards{C11, threads.h}
304 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
305 @code{mtx_timedlock} blocks the current thread until the mutex pointed
306 to by @var{mutex} is locked or until the calendar time pointed to by
307 @var{time_point} has been reached.  Since this function takes an
308 absolute time, if a duration is required, the calendar time must be
309 calculated manually.  @xref{Time Basics}, and @ref{Calendar Time}.
311 If the current thread has already locked the mutex and the mutex is
312 not recursive, or if the mutex does not support timeout, the behavior
313 of this function is undefined.
315 Prior calls to @code{mtx_unlock} on the same mutex synchronize-with
316 this operation (if this operation succeeds), and all lock/unlock
317 operations on any given mutex form a single total order (similar to
318 the modification order of an atomic).
320 This function returns either @code{thrd_success} or @code{thrd_error}.
321 @end deftypefun
323 @deftypefun int mtx_trylock (mtx_t *@var{mutex})
324 @standards{C11, threads.h}
325 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
326 @code{mtx_trylock} tries to lock the mutex pointed to by @var{mutex}
327 without blocking.  It returns immediately if the mutex is already
328 locked.
330 Prior calls to @code{mtx_unlock} on the same mutex synchronize-with
331 this operation (if this operation succeeds), and all lock/unlock
332 operations on any given mutex form a single total order (similar to
333 the modification order of an atomic).
335 This function returns @code{thrd_success} if the lock was obtained,
336 @code{thrd_busy} if the mutex is already locked, and @code{thrd_error}
337 on failure.
338 @end deftypefun
340 @deftypefun int mtx_unlock (mtx_t *@var{mutex})
341 @standards{C11, threads.h}
342 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
343 @code{mtx_unlock} unlocks the mutex pointed to by @var{mutex}.  The
344 behavior is undefined if the mutex is not locked by the calling
345 thread.
347 This function synchronizes-with subsequent @code{mtx_lock},
348 @code{mtx_trylock}, and @code{mtx_timedlock} calls on the same mutex.
349 All lock/unlock operations on any given mutex form a single total
350 order (similar to the modification order of an atomic).
352 This function returns either @code{thrd_success} or @code{thrd_error}.
353 @end deftypefun
355 @deftypefun void mtx_destroy (mtx_t *@var{mutex})
356 @standards{C11, threads.h}
357 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
358 @code{mtx_destroy} destroys the mutex pointed to by @var{mutex}.  If
359 there are any threads waiting on the mutex, the behavior is
360 undefined.
361 @end deftypefun
364 @node ISO C Condition Variables
365 @subsection Condition Variables
366 @cindex condvar
367 @cindex condition variables
369 Mutexes are not the only synchronization mechanisms available.  For
370 some more complex tasks, @theglibc{} also implements @dfn{condition
371 variables}, which allow the programmer to think at a higher level when
372 solving complex synchronization problems.  They are used to
373 synchronize threads waiting on a certain condition to happen.
375 The fundamental data type for condition variables is the @code{cnd_t}:
377 @deftp {Data Type} cnd_t
378 @standards{C11, threads.h}
379 The @code{cnd_t} uniquely identifies a condition variable object.
380 @end deftp
382 The following functions are used for working with condition variables:
384 @deftypefun int cnd_init (cnd_t *@var{cond})
385 @standards{C11, threads.h}
386 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
387 @code{cnd_init} initializes a new condition variable, identified by
388 @var{cond}.
390 This function may return @code{thrd_success}, @code{thrd_nomem}, or
391 @code{thrd_error}.
392 @end deftypefun
394 @deftypefun int cnd_signal (cnd_t *@var{cond})
395 @standards{C11, threads.h}
396 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
397 @code{cnd_signal} unblocks one thread that is currently waiting on the
398 condition variable pointed to by @var{cond}.  If a thread is
399 successfully unblocked, this function returns @code{thrd_success}.  If
400 no threads are blocked, this function does nothing and returns
401 @code{thrd_success}.  Otherwise, this function returns
402 @code{thrd_error}.
403 @end deftypefun
405 @deftypefun int cnd_broadcast (cnd_t *@var{cond})
406 @standards{C11, threads.h}
407 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
408 @code{cnd_broadcast} unblocks all the threads that are currently
409 waiting on the condition variable pointed to by @var{cond}.  This
410 function returns @code{thrd_success} on success.  If no threads are
411 blocked, this function does nothing and returns
412 @code{thrd_success}. Otherwise, this function returns
413 @code{thrd_error}.
414 @end deftypefun
416 @deftypefun int cnd_wait (cnd_t *@var{cond}, mtx_t *@var{mutex})
417 @standards{C11, threads.h}
418 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
419 @code{cnd_wait} atomically unlocks the mutex pointed to by @var{mutex}
420 and blocks on the condition variable pointed to by @var{cond} until
421 the thread is signaled by @code{cnd_signal} or @code{cnd_broadcast}.
422 The mutex is locked again before the function returns.
424 This function returns either @code{thrd_success} or @code{thrd_error}.
425 @end deftypefun
427 @deftypefun int cnd_timedwait (cnd_t *restrict @var{cond}, mtx_t *restrict @var{mutex}, const struct timespec *restrict @var{time_point})
428 @standards{C11, threads.h}
429 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
430 @code{cnd_timedwait} atomically unlocks the mutex pointed to by
431 @var{mutex} and blocks on the condition variable pointed to by
432 @var{cond} until the thread is signaled by @code{cnd_signal} or
433 @code{cnd_broadcast}, or until the calendar time pointed to by
434 @var{time_point} has been reached.  The mutex is locked again before
435 the function returns.
437 As for @code{mtx_timedlock}, since this function takes an absolute
438 time, if a duration is required, the calendar time must be calculated
439 manually.  @xref{Time Basics}, and @ref{Calendar Time}.
441 This function may return @code{thrd_success}, @code{thrd_nomem}, or
442 @code{thrd_error}.
443 @end deftypefun
445 @deftypefun void cnd_destroy (cnd_t *@var{cond})
446 @standards{C11, threads.h}
447 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
448 @code{cnd_destroy} destroys the condition variable pointed to by
449 @var{cond}.  If there are threads waiting on @var{cond}, the behavior
450 is undefined.
451 @end deftypefun
454 @node ISO C Thread-local Storage
455 @subsection Thread-local Storage
456 @cindex thread-local storage
458 @Theglibc{} implements functions to provide @dfn{thread-local
459 storage}, a mechanism by which variables can be defined to have unique
460 per-thread storage, lifetimes that match the thread lifetime, and
461 destructors that cleanup the unique per-thread storage.
463 Several data types and macros exist for working with thread-local
464 storage:
466 @deftp {Data Type} tss_t
467 @standards{C11, threads.h}
468 The @code{tss_t} data type identifies a thread-specific storage
469 object.  Even if shared, every thread will have its own instance of
470 the variable, with different values.
471 @end deftp
473 @deftp {Data Type} tss_dtor_t
474 @standards{C11, threads.h}
475 The @code{tss_dtor_t} is a function pointer of type @code{void (*)
476 (void *)}, to be used as a thread-specific storage destructor.  The
477 function will be called when the current thread calls @code{thrd_exit}
478 (but never when calling @code{tss_delete} or @code{exit}).
479 @end deftp
481 @defvr Macro thread_local
482 @standards{C11, threads.h}
483 @code{thread_local} is used to mark a variable with thread storage
484 duration, which means it is created when the thread starts and cleaned
485 up when the thread ends.
487 @emph{Note:} For C++, C++11 or later is required to use the
488 @code{thread_local} keyword.
489 @end defvr
491 @defvr Macro TSS_DTOR_ITERATIONS
492 @standards{C11, threads.h}
493 @code{TSS_DTOR_ITERATIONS} is an integer constant expression
494 representing the maximum number of iterations over all thread-local
495 destructors at the time of thread termination.  This value provides a
496 bounded limit to the destruction of thread-local storage; e.g.,
497 consider a destructor that creates more thread-local storage.
498 @end defvr
500 The following functions are used to manage thread-local storage:
502 @deftypefun int tss_create (tss_t *@var{tss_key}, tss_dtor_t @var{destructor})
503 @standards{C11, threads.h}
504 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
505 @code{tss_create} creates a new thread-specific storage key and stores
506 it in the object pointed to by @var{tss_key}.  Although the same key
507 value may be used by different threads, the values bound to the key by
508 @code{tss_set} are maintained on a per-thread basis and persist for
509 the life of the calling thread.
511 If @code{destructor} is not NULL, a destructor function will be set,
512 and called when the thread finishes its execution by calling
513 @code{thrd_exit}.
515 This function returns @code{thrd_success} if @code{tss_key} is
516 successfully set to a unique value for the thread; otherwise,
517 @code{thrd_error} is returned and the value of @code{tss_key} is
518 undefined.
519 @end deftypefun
521 @deftypefun int tss_set (tss_t @var{tss_key}, void *@var{val})
522 @standards{C11, threads.h}
523 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
524 @code{tss_set} sets the value of the thread-specific storage
525 identified by @var{tss_key} for the current thread to @var{val}.
526 Different threads may set different values to the same key.
528 This function returns either @code{thrd_success} or @code{thrd_error}.
529 @end deftypefun
531 @deftypefun {void *} tss_get (tss_t @var{tss_key})
532 @standards{C11, threads.h}
533 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
534 @code{tss_get} returns the value identified by @var{tss_key} held in
535 thread-specific storage for the current thread.  Different threads may
536 get different values identified by the same key.  On failure,
537 @code{tss_get} returns zero.
538 @end deftypefun
540 @deftypefun void tss_delete (tss_t @var{tss_key})
541 @standards{C11, threads.h}
542 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
543 @code{tss_delete} destroys the thread-specific storage identified by
544 @var{tss_key}.
545 @end deftypefun
548 @node POSIX Threads
549 @section POSIX Threads
550 @cindex pthreads
552 This section describes the @glibcadj{} POSIX Threads implementation.
554 @menu
555 * Thread-specific Data::          Support for creating and
556                                   managing thread-specific data
557 * Non-POSIX Extensions::          Additional functions to extend
558                                   POSIX Thread functionality
559 @end menu
561 @node Thread-specific Data
562 @subsection Thread-specific Data
564 The @glibcadj{} implements functions to allow users to create and manage
565 data specific to a thread.  Such data may be destroyed at thread exit,
566 if a destructor is provided.  The following functions are defined:
568 @deftypefun int pthread_key_create (pthread_key_t *@var{key}, void (*@var{destructor})(void*))
569 @standards{POSIX, pthread.h}
570 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
571 @c pthread_key_create ok
572 @c  KEY_UNUSED ok
573 @c  KEY_USABLE ok
574 Create a thread-specific data key for the calling thread, referenced by
575 @var{key}.
577 Objects declared with the C++11 @code{thread_local} keyword are destroyed
578 before thread-specific data, so they should not be used in thread-specific
579 data destructors or even as members of the thread-specific data, since the
580 latter is passed as an argument to the destructor function.
581 @end deftypefun
583 @deftypefun int pthread_key_delete (pthread_key_t @var{key})
584 @standards{POSIX, pthread.h}
585 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
586 @c pthread_key_delete ok
587 @c   This uses atomic compare and exchange to increment the seq number
588 @c   after testing it's not a KEY_UNUSED seq number.
589 @c  KEY_UNUSED dup ok
590 Destroy the thread-specific data @var{key} in the calling thread.  The
591 destructor for the thread-specific data is not called during destruction, nor
592 is it called during thread exit.
593 @end deftypefun
595 @deftypefun void *pthread_getspecific (pthread_key_t @var{key})
596 @standards{POSIX, pthread.h}
597 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
598 @c pthread_getspecific ok
599 Return the thread-specific data associated with @var{key} in the calling
600 thread.
601 @end deftypefun
603 @deftypefun int pthread_setspecific (pthread_key_t @var{key}, const void *@var{value})
604 @standards{POSIX, pthread.h}
605 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asucorrupt{} @ascuheap{}}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
606 @c pthread_setspecific @asucorrupt @ascuheap @acucorrupt @acsmem
607 @c   a level2 block may be allocated by a signal handler after
608 @c   another call already made a decision to allocate it, thus losing
609 @c   the allocated value.  the seq number is updated before the
610 @c   value, which might cause an earlier-generation value to seem
611 @c   current if setspecific is cancelled or interrupted by a signal
612 @c  KEY_UNUSED ok
613 @c  calloc dup @ascuheap @acsmem
614 Associate the thread-specific @var{value} with @var{key} in the calling thread.
615 @end deftypefun
618 @node Non-POSIX Extensions
619 @subsection Non-POSIX Extensions
621 In addition to implementing the POSIX API for threads, @theglibc{} provides
622 additional functions and interfaces to provide functionality not specified in
623 the standard.
625 @menu
626 * Default Thread Attributes::             Setting default attributes for
627                                           threads in a process.
628 * Initial Thread Signal Mask::            Setting the initial mask of threads.
629 * Waiting with Explicit Clocks::          Functions for waiting with an
630                                           explicit clock specification.
631 * Single-Threaded::                       Detecting single-threaded execution.
632 @end menu
634 @node Default Thread Attributes
635 @subsubsection Setting Process-wide defaults for thread attributes
637 @Theglibc{} provides non-standard API functions to set and get the default
638 attributes used in the creation of threads in a process.
640 @deftypefun int pthread_getattr_default_np (pthread_attr_t *@var{attr})
641 @standards{GNU, pthread.h}
642 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
643 @c Takes lock around read from default_pthread_attr.
644 Get the default attribute values and set @var{attr} to match.  This
645 function returns @math{0} on success and a non-zero error code on
646 failure.
647 @end deftypefun
649 @deftypefun int pthread_setattr_default_np (pthread_attr_t *@var{attr})
650 @standards{GNU, pthread.h}
651 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{} @asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
652 @c pthread_setattr_default_np @ascuheap @asulock @aculock @acsmem
653 @c  check_sched_policy_attr ok
654 @c  check_sched_priority_attr ok
655 @c   sched_get_priority_min dup ok
656 @c   sched_get_priority_max dup ok
657 @c  check_stacksize_attr ok
658 @c  lll_lock @asulock @aculock
659 @c  free dup @ascuheap @acsmem
660 @c  realloc dup @ascuheap @acsmem
661 @c  memcpy dup ok
662 @c  lll_unlock @asulock @aculock
663 Set the default attribute values to match the values in @var{attr}.  The
664 function returns @math{0} on success and a non-zero error code on failure.
665 The following error codes are defined for this function:
667 @table @code
668 @item EINVAL
669 At least one of the values in @var{attr} does not qualify as valid for the
670 attributes or the stack address is set in the attribute.
671 @item ENOMEM
672 The system does not have sufficient memory.
673 @end table
674 @end deftypefun
676 @node Initial Thread Signal Mask
677 @subsubsection Controlling the Initial Signal Mask of a New Thread
679 @Theglibc{} provides a way to specify the initial signal mask of a
680 thread created using @code{pthread_create}, passing a thread attribute
681 object configured for this purpose.
683 @deftypefun int pthread_attr_setsigmask_np (pthread_attr_t *@var{attr}, const sigset_t *@var{sigmask})
684 @standards{GNU, pthread.h}
685 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{}}@acunsafe{@acsmem{}}}
686 Change the initial signal mask specified by @var{attr}.  If
687 @var{sigmask} is not @code{NULL}, the initial signal mask for new
688 threads created with @var{attr} is set to @code{*@var{sigmask}}.  If
689 @var{sigmask} is @code{NULL}, @var{attr} will no longer specify an
690 explicit signal mask, so that the initial signal mask of the new
691 thread is inherited from the thread that calls @code{pthread_create}.
693 This function returns zero on success, and @code{ENOMEM} on memory
694 allocation failure.
695 @end deftypefun
697 @deftypefun int pthread_attr_getsigmask_np (const pthread_attr_t *@var{attr}, sigset_t *@var{sigmask})
698 @standards{GNU, pthread.h}
699 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{}}@acunsafe{@acsmem{}}}
700 Retrieve the signal mask stored in @var{attr} and copy it to
701 @code{*@var{sigmask}}.  If the signal mask has not been set, return
702 the special constant @code{PTHREAD_ATTR_NO_SIGMASK_NP}, otherwise
703 return zero.
705 @c Move this to the documentation of pthread_getattr_np once it exists.
706 Obtaining the signal mask only works if it has been previously stored
707 by @code{pthread_attr_setsigmask_np}.  For example, the
708 @code{pthread_getattr_np} function does not obtain the current signal
709 mask of the specified thread, and @code{pthread_attr_getsigmask_np}
710 will subsequently report the signal mask as unset.
711 @end deftypefun
713 @deftypevr Macro int PTHREAD_ATTR_NO_SIGMASK_NP
714 The special value returned by @code{pthread_attr_setsigmask_np} to
715 indicate that no signal mask has been set for the attribute.
716 @end deftypevr
718 It is possible to create a new thread with a specific signal mask
719 without using these functions.  On the thread that calls
720 @code{pthread_create}, the required steps for the general case are:
722 @enumerate 1
723 @item
724 Mask all signals, and save the old signal mask, using
725 @code{pthread_sigmask}.  This ensures that the new thread will be
726 created with all signals masked, so that no signals can be delivered
727 to the thread until the desired signal mask is set.
729 @item
730 Call @code{pthread_create} to create the new thread, passing the
731 desired signal mask to the thread start routine (which could be a
732 wrapper function for the actual thread start routine).  It may be
733 necessary to make a copy of the desired signal mask on the heap, so
734 that the life-time of the copy extends to the point when the start
735 routine needs to access the signal mask.
737 @item
738 Restore the thread's signal mask, to the set that was saved in the
739 first step.
740 @end enumerate
742 The start routine for the created thread needs to locate the desired
743 signal mask and use @code{pthread_sigmask} to apply it to the thread.
744 If the signal mask was copied to a heap allocation, the copy should be
745 freed.
747 @node Waiting with Explicit Clocks
748 @subsubsection Functions for Waiting According to a Specific Clock
750 @Theglibc{} provides several waiting functions that expect an explicit
751 @code{clockid_t} argument.
753 @comment semaphore.h
754 @comment POSIX-proposed
755 @deftypefun int sem_clockwait (sem_t *@var{sem}, clockid_t @var{clockid},
756                                const struct timespec *@var{abstime})
757 Behaves like @code{sem_timedwait} except the time @var{abstime} is measured
758 against the clock specified by @var{clockid} rather than
759 @code{CLOCK_REALTIME}.  Currently, @var{clockid} must be either
760 @code{CLOCK_MONOTONIC} or @code{CLOCK_REALTIME}.
761 @end deftypefun
763 @comment pthread.h
764 @comment POSIX-proposed
765 @deftypefun int pthread_cond_clockwait (pthread_cond_t *@var{cond}, pthread_mutex_t *@var{mutex},
766                                         clockid_t @var{clockid}, const struct timespec *@var{abstime})
767 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
768 @c If exactly the same function with arguments is called from a signal
769 @c handler that interrupts between the mutex unlock and sleep then it
770 @c will unlock the mutex twice resulting in undefined behaviour.  Keep
771 @c in mind that the unlock and sleep are only atomic with respect to other
772 @c threads (really a happens-after relationship for pthread_cond_broadcast
773 @c and pthread_cond_signal).
774 @c In the AC case we would cancel the thread and the mutex would remain
775 @c locked and we can't recover from that.
776 Behaves like @code{pthread_cond_timedwait} except the time @var{abstime} is
777 measured against the clock specified by @var{clockid} rather than the clock
778 specified or defaulted when @code{pthread_cond_init} was called.  Currently,
779 @var{clockid} must be either @code{CLOCK_MONOTONIC} or
780 @code{CLOCK_REALTIME}.
781 @end deftypefun
783 @comment pthread.h
784 @comment POSIX-proposed
785 @deftypefun int pthread_rwlock_clockrdlock (pthread_rwlock_t *@var{rwlock},
786                                        clockid_t @var{clockid},
787                                        const struct timespec *@var{abstime})
789 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
790 Behaves like @code{pthread_rwlock_timedrdlock} except the time
791 @var{abstime} is measured against the clock specified by @var{clockid}
792 rather than @code{CLOCK_REALTIME}.  Currently, @var{clockid} must be either
793 @code{CLOCK_MONOTONIC} or @code{CLOCK_REALTIME}, otherwise @code{EINVAL} is
794 returned.
795 @end deftypefun
797 @comment pthread.h
798 @comment POSIX-proposed
799 @deftypefun int pthread_rwlock_clockwrlock (pthread_rwlock_t *@var{rwlock},
800                                        clockid_t @var{clockid},
801                                        const struct timespec *@var{abstime})
803 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
804 Behaves like @code{pthread_rwlock_timedwrlock} except the time
805 @var{abstime} is measured against the clock specified by @var{clockid}
806 rather than @code{CLOCK_REALTIME}.  Currently, @var{clockid} must be either
807 @code{CLOCK_MONOTONIC} or @code{CLOCK_REALTIME}, otherwise @code{EINVAL} is
808 returned.
809 @end deftypefun
811 @comment pthread.h
812 @comment GNU extension
813 @deftypefun int pthread_tryjoin_np (pthread_t *@var{thread},
814                                       void **@var{thread_return})
815 @standards{GNU, pthread.h}
816 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
817 Behaves like @code{pthread_join} except that it will return @code{EBUSY}
818 immediately if the thread specified by @var{thread} has not yet terminated.
819 @end deftypefun
821 @comment pthread.h
822 @comment GNU extension
823 @deftypefun int pthread_timedjoin_np (pthread_t *@var{thread},
824                                       void **@var{thread_return},
825                                       const struct timespec *@var{abstime})
826 @standards{GNU, pthread.h}
827 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
828 Behaves like @code{pthread_tryjoin_np} except that it will block until the
829 absolute time @var{abstime} measured against @code{CLOCK_REALTIME} is
830 reached if the thread has not terminated by that time and return
831 @code{EBUSY}. If @var{abstime} is equal to @code{NULL} then the function
832 will wait forever in the same way as @code{pthread_join}.
833 @end deftypefun
835 @comment pthread.h
836 @comment GNU extension
837 @deftypefun int pthread_clockjoin_np (pthread_t *@var{thread},
838                                       void **@var{thread_return},
839                                       clockid_t @var{clockid},
840                                       const struct timespec *@var{abstime})
841 @standards{GNU, pthread.h}
842 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
843 Behaves like @code{pthread_timedjoin_np} except that the absolute time in
844 @var{abstime} is measured against the clock specified by @var{clockid}.
845 Currently, @var{clockid} must be either @code{CLOCK_MONOTONIC} or
846 @code{CLOCK_REALTIME}.
847 @end deftypefun
849 @node Single-Threaded
850 @subsubsection Detecting Single-Threaded Execution
852 Multi-threaded programs require synchronization among threads.  This
853 synchronization can be costly even if there is just a single thread
854 and no data is shared between multiple processors.  @Theglibc{} offers
855 an interface to detect whether the process is in single-threaded mode.
856 Applications can use this information to avoid synchronization, for
857 example by using regular instructions to load and store memory instead
858 of atomic instructions, or using relaxed memory ordering instead of
859 stronger memory ordering.
861 @deftypevar char __libc_single_threaded
862 @standards{GNU, sys/single_threaded.h}
863 This variable is non-zero if the current process is definitely
864 single-threaded.  If it is zero, the process may be multi-threaded,
865 or @theglibc{} cannot determine at this point of the program execution
866 whether the process is single-threaded or not.
868 Applications must never write to this variable.
869 @end deftypevar
871 Most applications should perform the same actions whether or not
872 @code{__libc_single_threaded} is true, except with less
873 synchronization.  If this rule is followed, a process that
874 subsequently becomes multi-threaded is already in a consistent state.
875 For example, in order to increment a reference count, the following
876 code can be used:
878 @smallexample
879 if (__libc_single_threaded)
880   atomic_fetch_add (&reference_count, 1, memory_order_relaxed);
881 else
882   atomic_fetch_add (&reference_count, 1, memory_order_acq_rel);
883 @end smallexample
885 @c Note: No memory order on __libc_single_threaded.  The
886 @c implementation must ensure that exit of the critical
887 @c (second-to-last) thread happens-before setting
888 @c __libc_single_threaded to true.  Otherwise, acquire MO might be
889 @c needed for reading the variable in some scenarios, and that would
890 @c completely defeat its purpose.
892 This still requires some form of synchronization on the
893 single-threaded branch, so it can be beneficial not to declare the
894 reference count as @code{_Atomic}, and use the GCC @code{__atomic}
895 built-ins.  @xref{__atomic Builtins,, Built-in Functions for Memory
896 Model Aware Atomic Operations, gcc, Using the GNU Compiler Collection
897 (GCC)}.  Then the code to increment a reference count looks like this:
899 @smallexample
900 if (__libc_single_threaded)
901   ++reference_count;
902 else
903   __atomic_fetch_add (&reference_count, 1, __ATOMIC_ACQ_REL);
904 @end smallexample
906 (Depending on the data associated with the reference count, it may be
907 possible to use the weaker @code{__ATOMIC_RELAXED} memory ordering on
908 the multi-threaded branch.)
910 Several functions in @theglibc{} can change the value of the
911 @code{__libc_single_threaded} variable.  For example, creating new
912 threads using the @code{pthread_create} or @code{thrd_create} function
913 sets the variable to false.  This can also happen indirectly, say via
914 a call to @code{dlopen}.  Therefore, applications need to make a copy
915 of the value of @code{__libc_single_threaded} if after such a function
916 call, behavior must match the value as it was before the call, like
917 this:
919 @smallexample
920 bool single_threaded = __libc_single_threaded;
921 if (single_threaded)
922   prepare_single_threaded ();
923 else
924   prepare_multi_thread ();
926 void *handle = dlopen (shared_library_name, RTLD_NOW);
927 lookup_symbols (handle);
929 if (single_threaded)
930   cleanup_single_threaded ();
931 else
932   cleanup_multi_thread ();
933 @end smallexample
935 Since the value of @code{__libc_single_threaded} can change from true
936 to false during the execution of the program, it is not useful for
937 selecting optimized function implementations in IFUNC resolvers.
939 Atomic operations can also be used on mappings shared among
940 single-threaded processes.  This means that a compiler must not use
941 @code{__libc_single_threaded} to optimize atomic operations, unless it
942 is able to prove that the memory is not shared.
944 @strong{Implementation Note:} The @code{__libc_single_threaded}
945 variable is not declared as @code{volatile} because it is expected
946 that compilers optimize a sequence of single-threaded checks into one
947 check, for example if several reference counts are updated.  The
948 current implementation in @theglibc{} does not set the
949 @code{__libc_single_threaded} variable to a true value if a process
950 turns single-threaded again.  Future versions of @theglibc{} may do
951 this, but only as the result of function calls which imply an acquire
952 (compiler) barrier.  (Some compilers assume that well-known functions
953 such as @code{malloc} do not write to global variables, and setting
954 @code{__libc_single_threaded} would introduce a data race and
955 undefined behavior.)  In any case, an application must not write to
956 @code{__libc_single_threaded} even if it has joined the last
957 application-created thread because future versions of @theglibc{} may
958 create background threads after the first thread has been created, and
959 the application has no way of knowning that these threads are present.
961 @c FIXME these are undocumented:
962 @c pthread_atfork
963 @c pthread_attr_destroy
964 @c pthread_attr_getaffinity_np
965 @c pthread_attr_getdetachstate
966 @c pthread_attr_getguardsize
967 @c pthread_attr_getinheritsched
968 @c pthread_attr_getschedparam
969 @c pthread_attr_getschedpolicy
970 @c pthread_attr_getscope
971 @c pthread_attr_getstack
972 @c pthread_attr_getstackaddr
973 @c pthread_attr_getstacksize
974 @c pthread_attr_init
975 @c pthread_attr_setaffinity_np
976 @c pthread_attr_setdetachstate
977 @c pthread_attr_setguardsize
978 @c pthread_attr_setinheritsched
979 @c pthread_attr_setschedparam
980 @c pthread_attr_setschedpolicy
981 @c pthread_attr_setscope
982 @c pthread_attr_setstack
983 @c pthread_attr_setstackaddr
984 @c pthread_attr_setstacksize
985 @c pthread_barrierattr_destroy
986 @c pthread_barrierattr_getpshared
987 @c pthread_barrierattr_init
988 @c pthread_barrierattr_setpshared
989 @c pthread_barrier_destroy
990 @c pthread_barrier_init
991 @c pthread_barrier_wait
992 @c pthread_cancel
993 @c pthread_cleanup_push
994 @c pthread_cleanup_pop
995 @c pthread_condattr_destroy
996 @c pthread_condattr_getclock
997 @c pthread_condattr_getpshared
998 @c pthread_condattr_init
999 @c pthread_condattr_setclock
1000 @c pthread_condattr_setpshared
1001 @c pthread_cond_broadcast
1002 @c pthread_cond_destroy
1003 @c pthread_cond_init
1004 @c pthread_cond_signal
1005 @c pthread_cond_timedwait
1006 @c pthread_cond_wait
1007 @c pthread_create
1008 @c pthread_detach
1009 @c pthread_equal
1010 @c pthread_exit
1011 @c pthread_getaffinity_np
1012 @c pthread_getattr_np
1013 @c pthread_getconcurrency
1014 @c pthread_getcpuclockid
1015 @c pthread_getname_np
1016 @c pthread_getschedparam
1017 @c pthread_join
1018 @c pthread_kill
1019 @c pthread_kill_other_threads_np
1020 @c pthread_mutexattr_destroy
1021 @c pthread_mutexattr_getkind_np
1022 @c pthread_mutexattr_getprioceiling
1023 @c pthread_mutexattr_getprotocol
1024 @c pthread_mutexattr_getpshared
1025 @c pthread_mutexattr_getrobust
1026 @c pthread_mutexattr_getrobust_np
1027 @c pthread_mutexattr_gettype
1028 @c pthread_mutexattr_init
1029 @c pthread_mutexattr_setkind_np
1030 @c pthread_mutexattr_setprioceiling
1031 @c pthread_mutexattr_setprotocol
1032 @c pthread_mutexattr_setpshared
1033 @c pthread_mutexattr_setrobust
1034 @c pthread_mutexattr_setrobust_np
1035 @c pthread_mutexattr_settype
1036 @c pthread_mutex_consistent
1037 @c pthread_mutex_consistent_np
1038 @c pthread_mutex_destroy
1039 @c pthread_mutex_getprioceiling
1040 @c pthread_mutex_init
1041 @c pthread_mutex_lock
1042 @c pthread_mutex_setprioceiling
1043 @c pthread_mutex_timedlock
1044 @c pthread_mutex_trylock
1045 @c pthread_mutex_unlock
1046 @c pthread_once
1047 @c pthread_rwlockattr_destroy
1048 @c pthread_rwlockattr_getkind_np
1049 @c pthread_rwlockattr_getpshared
1050 @c pthread_rwlockattr_init
1051 @c pthread_rwlockattr_setkind_np
1052 @c pthread_rwlockattr_setpshared
1053 @c pthread_rwlock_destroy
1054 @c pthread_rwlock_init
1055 @c pthread_rwlock_rdlock
1056 @c pthread_rwlock_timedrdlock
1057 @c pthread_rwlock_timedwrlock
1058 @c pthread_rwlock_tryrdlock
1059 @c pthread_rwlock_trywrlock
1060 @c pthread_rwlock_unlock
1061 @c pthread_rwlock_wrlock
1062 @c pthread_self
1063 @c pthread_setaffinity_np
1064 @c pthread_setcancelstate
1065 @c pthread_setcanceltype
1066 @c pthread_setconcurrency
1067 @c pthread_setname_np
1068 @c pthread_setschedparam
1069 @c pthread_setschedprio
1070 @c pthread_sigmask
1071 @c pthread_sigqueue
1072 @c pthread_spin_destroy
1073 @c pthread_spin_init
1074 @c pthread_spin_lock
1075 @c pthread_spin_trylock
1076 @c pthread_spin_unlock
1077 @c pthread_testcancel
1078 @c pthread_yield