移步系列Android跨進(jìn)程通信IPC系列
Bionic庫(kù)是Android的基礎(chǔ)庫(kù)之一烦粒，也是連接Android系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)內(nèi)核的橋梁，Bionic中包含了很多基本的功能模塊府阀，這些功能模塊基本上都是源于Linux，但是就像青出于藍(lán)而勝于藍(lán)芽突，它和Linux還是有一些不一樣的的地方试浙。

1 谷歌為什么使用Bionic庫(kù)

谷歌使用Bionic庫(kù)主要因?yàn)橐韵氯c(diǎn)

• 1、谷歌沒(méi)有使用Linux的GUN Libc寞蚌，很大一部分原因是因?yàn)镚NU Libc的授權(quán)方式是GPL 授權(quán)協(xié)議有限制田巴，因?yàn)橐坏┸浖惺褂昧薌PL的授權(quán)協(xié)議，該系統(tǒng)所有代碼必須開(kāi)元挟秤。
• 2壹哺、谷歌在BSD的C庫(kù)上的基礎(chǔ)上加入了一些Linux特性從而生成了Bionic。Bionic名字的來(lái)源就是BSD和Linux的混合艘刚。而且不受限制的開(kāi)源方式管宵，所以在現(xiàn)代的商業(yè)公司中比較受歡迎奕删。
• 3呻逆、還有就是因?yàn)樾阅艿脑颍驗(yàn)锽ionic的核心設(shè)計(jì)思想就是"簡(jiǎn)單"，所以Bionic中去掉了很多高級(jí)功能赴肚。這樣Bionic庫(kù)僅為200K左右，是GNU版本體積的一半最欠，這意味著更高的效率和低內(nèi)存的使用翠勉，同時(shí)配合經(jīng)過(guò)優(yōu)化的Java VM Dalvik才可以保證高的性能。

2 Bionic庫(kù)簡(jiǎn)介

• Bionic 音標(biāo)為 bī??nik埠居，翻譯為"仿生"
• Bionic包含了系統(tǒng)中最基本的lib庫(kù)诞丽，包括libc，libm拐格，libdl僧免，libstd++，libthread_db捏浊，以及Android特有的鏈接器linker懂衩。

3 Bionic庫(kù)的特性

3.1 架構(gòu)

Bionic 當(dāng)前支持ARM、x86和MIPS執(zhí)行集金踪，理論上可以支持更多浊洞，但是需要做些工作，ARM相關(guān)的代碼在目錄arch-arm中胡岔，x86相關(guān)代碼在arch-x86中法希，mips相關(guān)的代碼在arch-mips中。

3.2 Linux核心頭文件

Bionic自帶一套經(jīng)過(guò)清理的Linxu內(nèi)核頭文件靶瘸，允許用戶控件代碼使用內(nèi)核特有的聲明(如iotcls苫亦，常量等)這些頭文件位于目錄：
bionic/libc/kernel/common
bionic/libc/kernel/arch-arm
bionic/libc/kernel/arch-x86
bionic/libc/kernel/arch-mips

3.3 DNS解析器

雖然Bionic 使用NetBSD-derived解析庫(kù)，但是它也做了一些修改怨咪。

• 1屋剑、不實(shí)現(xiàn)name-server-switch特性
• 2、讀取/system/etc/resolv.conf而不是/etc/resolv.config
• 3诗眨、從系統(tǒng)屬性中讀取服務(wù)器地址列表唉匾，代碼中會(huì)查找'net.dns1'，'net.dns2'匠楚，等屬性巍膘。每個(gè)屬性都應(yīng)該包含一個(gè)DNS服務(wù)器的IP地址。這些屬性能被Android系統(tǒng)的其它進(jìn)程修改設(shè)置芋簿。在實(shí)現(xiàn)上峡懈，也支持進(jìn)程單獨(dú)的DNS服務(wù)器列表，使用屬性'net.dns1.<pid>'益咬、'net.dns2.<pid>'等逮诲，這里<pid> 表示當(dāng)前進(jìn)程的ID號(hào)帜平。
• 4、在執(zhí)行查詢時(shí)梅鹦，使用一個(gè)合適的隨機(jī)ID(而不是每次+1)裆甩，以提升安全性。
• 5齐唆、在執(zhí)行查詢時(shí)嗤栓，給本地客戶socket綁定一個(gè)隨機(jī)端口號(hào)，以提高安全性箍邮。
  6茉帅、刪除了一些源代碼，這些源代碼會(huì)造成了很多線程安全的問(wèn)題

3.4 二進(jìn)制兼容性

由于Bionic不與GNU C庫(kù)锭弊、ucLibc堪澎，或者任何已知的Linux C相兼容。所以意味著不要期望使用GNU C庫(kù)頭文件編譯出來(lái)的模塊能夠正常地動(dòng)態(tài)鏈接到Bionic

3.5 Android特性

Bionict提供了少部分Android特有的功能

3.5.1 訪問(wèn)系統(tǒng)特性

Android 提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的"共享鍵/值 對(duì)" 空間給系統(tǒng)的中的所有進(jìn)程味滞，用來(lái)存儲(chǔ)一定數(shù)量的"屬性"樱蛤。每個(gè)屬性由一個(gè)限制長(zhǎng)度的字符串"鍵"和一個(gè)限制長(zhǎng)度的字符串"值"組成。
頭文件<sys/system_properties.h>中定義了讀系統(tǒng)屬性的函數(shù)剑鞍，也定義了鍵/值對(duì)的最大長(zhǎng)度昨凡。

3.5.2 Android用戶/組管理

在Android中沒(méi)有etc/password和etc/groups 文件。Android使用擴(kuò)展的Linux用戶/組管理特性蚁署，以確保進(jìn)程根據(jù)權(quán)限來(lái)對(duì)不同的文件系統(tǒng)目錄進(jìn)行訪問(wèn)便脊。
Android的策略是：

• 1、每個(gè)已經(jīng)安裝的的應(yīng)用程序都有自己的用戶ID和組ID光戈。ID從10000（一萬(wàn)）開(kāi)始哪痰，小于10000（一萬(wàn)）的ID留給系統(tǒng)的守護(hù)進(jìn)程。
• 2田度、tpwnam()能識(shí)別一些硬編碼的子進(jìn)程名(如"radio")妒御，能將他們翻譯為用戶id值解愤，它也能識(shí)別"app_1234"镇饺，這樣的組合名字，知道將后面的1234和10000(一萬(wàn))相加送讲，得到的ID值為11234.getgrname()也類(lèi)似奸笤。
• 3、getservent() Android中沒(méi)有/etc/service哼鬓，C庫(kù)在執(zhí)行文件中嵌入只讀的服務(wù)列表作為代替监右，這個(gè)列表被需要它的函數(shù)所解析。所見(jiàn)文件bionic/libc/netbsd/net/getservent.c和bionic/libc/netbsd/net/service.h异希。
  這個(gè)內(nèi)部定義的服務(wù)列表健盒，未來(lái)可能有變化，這個(gè)功能是遺留的，實(shí)際很少使用扣癣。getservent()返回的是本地?cái)?shù)據(jù)惰帽，getservbyport()和getservbyname()也按照同樣的方式實(shí)現(xiàn)。
• 4父虑、getprotoent() 在Android中沒(méi)有/etc/protocel该酗，Bionic目前沒(méi)有實(shí)現(xiàn)getprotocent()和相關(guān)函數(shù)。如果增加的話士嚎，很可能會(huì)以getervent()相同的方式呜魄。

4 Bionic庫(kù)的模塊簡(jiǎn)介

Bionic目錄下一共有5個(gè)庫(kù)和一個(gè)linker程序
5個(gè)庫(kù)分別是:

• 1、libc
• 2莱衩、libm
• 3爵嗅、libdl
• 4、libstd++
• 5笨蚁、libthread_db

4.1 Libc庫(kù)

Libc是C語(yǔ)言最基礎(chǔ)的庫(kù)文件操骡，它提供了所有系統(tǒng)的基本功能，這些功能主要是對(duì)系統(tǒng)調(diào)用的封裝赚窃，是Libc是應(yīng)用和Linux內(nèi)核交流的橋梁册招，主要功能如下：

• 進(jìn)程管理：包括進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度策略和優(yōu)先級(jí)的調(diào)整
• 線程管理：包括線程的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀勒极，線程的同步/互斥等
• 內(nèi)存管理：包括內(nèi)存分配和釋放等
• 時(shí)間管理：包括獲取和保存系統(tǒng)時(shí)間是掰、獲取當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)等
• 時(shí)區(qū)管理：包括時(shí)區(qū)的設(shè)置和調(diào)整等
• 定時(shí)器管理：提供系統(tǒng)的定時(shí)服務(wù)
• 文件系統(tǒng)管理：提供文件系統(tǒng)的掛載和移除功能
• 文件管理：包括文件和目錄的創(chuàng)建增刪改
• 網(wǎng)絡(luò)套接字：創(chuàng)建和監(jiān)聽(tīng)socket，發(fā)送和接受
• DNS解析：幫助解析網(wǎng)絡(luò)地址
• 信號(hào)：用于進(jìn)程間通信
• 環(huán)境變量：設(shè)置和獲取系統(tǒng)的環(huán)境變量
• Android Log：提供和Android Log驅(qū)動(dòng)進(jìn)行交互的功能
• Android 屬性：管理一個(gè)共享區(qū)域來(lái)設(shè)置和讀取Android的屬性
• 標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出：提供格式化的輸入/輸出
• 字符串：提供字符串的移動(dòng)辱匿、復(fù)制和比較等功能
• 寬字符：提供對(duì)寬字符的支持键痛。

4.2 Libm庫(kù)

Libm 是數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)，提供了常見(jiàn)的數(shù)學(xué)函數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算功能匾七，但是Android浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的絮短，運(yùn)行速度慢，不建議頻繁使用昨忆。

4.3 libdl庫(kù)

libdl庫(kù)原本是用于動(dòng)態(tài)庫(kù)的裝載丁频。很多函數(shù)實(shí)現(xiàn)都是空殼，應(yīng)用進(jìn)程使用的一些函數(shù)邑贴，實(shí)際上是在linker模塊中實(shí)現(xiàn)席里。

4.4 libstd++

libstd++ 是標(biāo)準(zhǔn)的C++的功能庫(kù)，但是拢驾，Android的實(shí)現(xiàn)是非常簡(jiǎn)單的奖磁，只是new，delete等少數(shù)幾個(gè)操作符的實(shí)現(xiàn)繁疤。

4.5 libthread_db庫(kù)

libthread_db 用來(lái)支持對(duì)多線程的中動(dòng)態(tài)庫(kù)的調(diào)試咖为。

4.6 Linker模塊

Linux系統(tǒng)上其實(shí)有兩種并不完全相同的可執(zhí)行文件

• 一種是靜態(tài)鏈接的可執(zhí)行程序秕狰。靜態(tài)可執(zhí)行程序包含了運(yùn)行需要的所有函數(shù)，可以不依賴任何外部庫(kù)來(lái)運(yùn)行躁染。
• 另一種是動(dòng)態(tài)鏈接的可執(zhí)行程序封恰。動(dòng)態(tài)鏈接的可執(zhí)行程序因?yàn)闆](méi)有包含所需的庫(kù)文件，因此相對(duì)于要小很多褐啡。
  靜態(tài)可執(zhí)行程序用在一些特殊場(chǎng)合诺舔，例如，系統(tǒng)初始化時(shí)备畦，這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)還沒(méi)有準(zhǔn)備好低飒，動(dòng)態(tài)鏈接的程序還無(wú)法使用。系統(tǒng)的啟動(dòng)程序Init就是一個(gè)靜態(tài)鏈接的例子懂盐。在Android中褥赊，會(huì)給程序自動(dòng)加上兩個(gè)".o"文件，分別是"crtbegin_static.c"和"certtend_android.o"莉恼，這兩個(gè)".o"文件對(duì)應(yīng)的源文件位于bionic/libc/arch-common/bionic目錄下拌喉，文件分別是crtbegin.c和certtend.S。_start()函數(shù)就位于cerbegin.c中俐银。
  在動(dòng)態(tài)鏈接時(shí)尿背，execuve()函數(shù)會(huì)分析可執(zhí)行文件的文件頭來(lái)尋找鏈接器，Linux文件就是ld.so捶惜，而Android則是Linker田藐。execuve()函數(shù)將會(huì)將Linker載入到可執(zhí)行文件的空間，然后執(zhí)行Linker的_start()函數(shù)吱七。Linker完成動(dòng)態(tài)庫(kù)的裝載和符號(hào)重定位后再去運(yùn)行真正的可執(zhí)行文件的代碼汽久。

5 Bionic庫(kù)的內(nèi)存管理函數(shù)

5.1 內(nèi)存管理函數(shù)

• 對(duì)于32位的操作系統(tǒng)，能使用的最大地址空間是4GB踊餐，其中地址空間03GB分配給用戶進(jìn)程使用景醇，地址空間3GB4GB由內(nèi)核使用，但是用戶進(jìn)程并不是在啟動(dòng)時(shí)就獲取了所有的0~3GB地址空間的訪問(wèn)權(quán)利吝岭，而是需要事先向內(nèi)核申請(qǐng)對(duì)模塊地址空間的讀寫(xiě)權(quán)利三痰。
• 而且申請(qǐng)的只是地址空間而已，此時(shí)并沒(méi)有分配真是的物理地址苍碟。
• 只有當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)某個(gè)地址時(shí)酒觅，如果該地址對(duì)應(yīng)的物理頁(yè)面不存在，則由內(nèi)核產(chǎn)生缺頁(yè)中斷微峰，在中斷中才會(huì)分配物理內(nèi)存并建立頁(yè)表。
• 如果用戶進(jìn)程不需要某塊空間了抒钱，可以通過(guò)內(nèi)核釋放掉它們蜓肆，對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)存也釋放掉颜凯。
• 但是由于缺頁(yè)中斷會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行緩慢，如果頻繁的地由內(nèi)核來(lái)分配和釋放內(nèi)存將會(huì)降低整個(gè)體統(tǒng)的性能仗扬，因此症概，一般操作系統(tǒng)都會(huì)在用戶進(jìn)程中提供地址空間的分配和回收機(jī)制。
• 用戶進(jìn)程中的內(nèi)存管理會(huì)預(yù)先向內(nèi)核申請(qǐng)一塊打的地址空間早芭，稱為堆彼城。當(dāng)用戶進(jìn)程需要分配內(nèi)存時(shí)，由內(nèi)存管理器從堆中尋找一塊空閑的內(nèi)存分配給用戶進(jìn)程使用退个。
• 當(dāng)用戶進(jìn)程釋放某塊內(nèi)存時(shí)募壕，內(nèi)存管理器并不會(huì)立刻將它們交給內(nèi)核釋放，而是放入空閑列表中语盈，留待下次分配使用舱馅。
• 內(nèi)存管理器會(huì)動(dòng)態(tài)的調(diào)整堆的大小，如果堆的空間使用完了刀荒，內(nèi)存管理器會(huì)向堆內(nèi)存申請(qǐng)更多的地址空間代嗤，如果堆中空閑太多，內(nèi)存管理器也會(huì)將一部分空間返給內(nèi)核缠借。

5.2 Bionic的內(nèi)存管理器——dlmalloc

• dlmalloc是一個(gè)十分流行的內(nèi)存分配器干毅。

• dlmalloc位于bionic/libc/upstream-dlmalloc下，只有一個(gè)C文件malloc.c泼返。

• dlmalloc內(nèi)部是以鏈表的形式將"堆"的空閑空間根據(jù)尺寸組織在一起溶锭。分配內(nèi)存時(shí)通過(guò)這些鏈表能快速地找到合適大小的空閑內(nèi)存。如果不能找到滿足要求的空閑內(nèi)存符隙，dlmalloc會(huì)使用系統(tǒng)調(diào)用來(lái)擴(kuò)大堆空間趴捅。

• dlmalloc內(nèi)存塊被稱為"trunk"。每塊大小要求按地址對(duì)齊(默認(rèn)8個(gè)字節(jié))霹疫，因此拱绑，trunk塊的大小必須為8的倍數(shù)。

• dlmalloc用3種不同的的鏈表結(jié)構(gòu)來(lái)組織不同大小的空閑內(nèi)存塊丽蝎。小于256字節(jié)的塊使用malloc_chunk結(jié)構(gòu)猎拨，按照大小組織在一起。由于尺寸小于的塊一共有256/8=32屠阻，所以一共使用了32個(gè)malloc_chunk結(jié)構(gòu)的環(huán)形鏈表來(lái)組織小于256的塊红省。大小大于256字節(jié)的塊由結(jié)構(gòu)malloc_tree_chunk組成鏈表管理，這些塊根據(jù)大小組成二叉樹(shù)国觉。而更大的尺寸則由系統(tǒng)通過(guò)mmap的方式單獨(dú)分配一塊空間吧恃，并通過(guò)malloc_segment組成的鏈表進(jìn)行管理。

• 當(dāng)dlmalloc分配內(nèi)存時(shí)麻诀，會(huì)通過(guò)查找這些鏈表來(lái)快速找到一塊和要求的尺寸大小最匹配的空閑內(nèi)存塊(這樣做事為了盡量避免內(nèi)存碎片)痕寓。如果沒(méi)有合適大小的塊傲醉，則將一塊大的分成兩塊，一塊分配出去呻率，另一塊根據(jù)大小再加入對(duì)應(yīng)的空閑鏈表中硬毕。

• 當(dāng)dlmalloc釋放內(nèi)存時(shí)，會(huì)將相鄰的空閑塊合并成一個(gè)大塊來(lái)減少內(nèi)存碎片礼仗。如果空閑塊過(guò)多吐咳，超過(guò)了dlmaloc內(nèi)存的閥值，dlmalloc就開(kāi)始向系統(tǒng)返回內(nèi)存元践。

• dlmalloc除了能管理進(jìn)程的"堆"空間韭脊，還能提供私有堆管理，就是在堆外單獨(dú)分配一塊地址空間卢厂，由dlmalloc按照同樣的方式進(jìn)行管理乾蓬。dlmalloc中用來(lái)管理進(jìn)程的"堆"空間的函數(shù)，都帶有"dl"前綴慎恒，如"dlmalloc"任内，"dlfree"等，而私有堆的管理函數(shù)則帶有前綴"msspace_"融柬，如"msspace_malloc"

• Dalvk虛擬機(jī)中使用了dlmalloc進(jìn)行私有堆管理死嗦。

6 線程

Bionic中的線程管理函數(shù)和通用的Linux版本的實(shí)現(xiàn)有很多差異，Android根據(jù)自己的需要做了很多裁剪工作粒氧。

6.1 Bionic線程函數(shù)的特性

6.1.1 pthread的實(shí)現(xiàn)基于Futext越除，同時(shí)盡量使用簡(jiǎn)單的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)通用操作，特征如下

• pthread_mutex_t外盯，pthread_cond_t類(lèi)型定義只有4字節(jié)摘盆。
• 支持normal,recursive and error-check 互斥量”ス叮考慮到通常大多數(shù)的時(shí)候都使用normal孩擂，對(duì)normal分支下代碼流程做了很細(xì)致的優(yōu)化
• 目前沒(méi)有支持讀寫(xiě)鎖，互斥量的優(yōu)先級(jí)和其他高級(jí)特征箱熬。在Android還不需要這些特征类垦，但是在未來(lái)可能會(huì)添加進(jìn)來(lái)。

6.1.2 Bionic不支持pthread_cancel()城须，因?yàn)榧尤胨鼤?huì)使得C庫(kù)文件明顯變大蚤认，不太值得，同時(shí)有以下幾點(diǎn)考慮

• 要正確實(shí)現(xiàn)pthread_cancel()糕伐，必須在C庫(kù)的很多地方插入對(duì)終止線程的檢測(cè)砰琢。
• 一個(gè)好的實(shí)現(xiàn)，必須清理資源，例如釋放內(nèi)存氯析，解鎖互斥量亏较，如果終止恰好發(fā)生在復(fù)雜的函數(shù)里面(比如gthosbyname())莺褒，這會(huì)使許多函數(shù)正常執(zhí)行也變慢掩缓。
• pthread_cancel()不能終止所有線程。比如無(wú)窮循環(huán)中的線程遵岩。
• pthread_cancel()本身也有缺點(diǎn)你辣，不太容易移植。
• Bionic中實(shí)現(xiàn)了pthread_cleanup_push()和pthread_cleanup_pop()函數(shù)尘执，在線程通過(guò)調(diào)用pthread_exit()退出或者從它的主函數(shù)中返回到時(shí)候舍哄，它們可以做些清理工作。

6.1.3 不要在pthread_once()的回調(diào)函數(shù)中調(diào)用fork()誊锭，這么做會(huì)導(dǎo)致下次調(diào)用pthread_once()的時(shí)候死鎖表悬。而且不能在回調(diào)函數(shù)中拋出一個(gè)C++的異常。

6.1.4 不能使用_thread關(guān)鍵詞來(lái)定義線程本地存儲(chǔ)區(qū)丧靡。

6.2 創(chuàng)建線程和線程的屬性

6.2.1 創(chuàng)建線程

函數(shù)pthread_create()用來(lái)創(chuàng)建線程蟆沫，原型是：

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

其中，pthread_t在android中等同于long

• 參數(shù)thread是一個(gè)指針温治，pthread_create函數(shù)成功后饭庞，會(huì)將代表線程的值寫(xiě)入其指向的變量。
• 參數(shù) args 一般情況下為NULL熬荆，表示使用缺省屬性舟山。
• 參數(shù)start_routine是線程的執(zhí)行函數(shù)
• 參數(shù)arg是傳入線程執(zhí)行函數(shù)的參數(shù)

若線程創(chuàng)建成功，則返回0卤恳，若線程創(chuàng)建失敗累盗，則返回出錯(cuò)編號(hào)。
PS:要注意的是突琳，pthread_create調(diào)用成功后線程已經(jīng)創(chuàng)建完成若债，但是不會(huì)立刻發(fā)生線程切換。除非調(diào)用線程主動(dòng)放棄執(zhí)行本今，否則只能等待線程調(diào)度拆座。

6.2.2 線程的屬性

結(jié)構(gòu) pthread_atrr_t用來(lái)設(shè)置線程的一些屬性，定義如下：

typedef struct
{
    uint32_t        flags;                
    void *    stack_base;              //指定棧的起始地址
    size_t    stack_size;               //指定棧的大小
    size_t    guard_size;  
    int32_t   sched_policy;           //線程的調(diào)度方式
    int32_t   sched_priority;          //線程的優(yōu)先級(jí)
}

使用屬性時(shí)要先初始化冠息，函數(shù)原型是：

int  pthread_attr_init(pthread_attr_t*  attr)

通過(guò)pthread_attr_init()函數(shù)設(shè)置的缺省屬性值如下：

int pthread_attr_init(pthread_attr_t* attr){
     attr->flag=0;
     attr->stack_base=null;
     attr->stack_szie=DEFAULT_THREAD_STACK_SIZE;  //缺省棧的尺寸是1MB
     attr0->quard_size=PAGE_SIZE;//大小是4096
     attr0->sched_policy=SCHED_NORMAL;//普通調(diào)度方式
     attr0->sched_priority=0;//中等優(yōu)先級(jí)
     return 0挪凑；
}

下面介紹每項(xiàng)屬性的含義

• 1、flag 用來(lái)表示線程的分離狀態(tài)
  Linux線程有兩種狀態(tài):分離(detch)狀態(tài)和非分離(joinable)狀態(tài)逛艰，如果線程是非分離狀態(tài)(joinable)狀態(tài)躏碳，當(dāng)線程函數(shù)退出時(shí)或者調(diào)用pthread_exit()時(shí)都不會(huì)釋放線程所占用的系統(tǒng)資源。只有當(dāng)調(diào)用了pthread_join()之后這些資源才會(huì)釋放散怖。如果是分離(detach)狀態(tài)的線程菇绵，這些資源在線程函數(shù)退出時(shí)調(diào)用pthread_exit()時(shí)會(huì)自動(dòng)釋放
• 2肄渗、stack_base: 線程棧的基地址
• 3、stack_size: 線程棧的大小咬最◆岬眨基地址和棧的大小。
• 4永乌、guard_size: 線程的棧溢出保護(hù)區(qū)大小惑申。
• 5、sched_policy：線程的調(diào)度方式翅雏。
  線程一共有3中調(diào)度方式：SCHED_NORMAL圈驼，SCHED_FIFO，SCHED_RR望几。其中SCHED_NORMAL代表分時(shí)調(diào)度策略绩脆，SCHED_FIFO代表實(shí)時(shí)調(diào)度策略，先到先服務(wù)橄抹，一旦占用CPU則一直運(yùn)行靴迫，一直運(yùn)行到有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)到達(dá)，或者自己放棄害碾。SCHED_RR代表實(shí)時(shí)調(diào)度策略:時(shí)間片輪轉(zhuǎn)矢劲，當(dāng)前進(jìn)程時(shí)間片用完，系統(tǒng)將重新分配時(shí)間片慌随，并置于就緒隊(duì)尾芬沉。
• 6、sched_priority:線程的優(yōu)先級(jí)阁猜。

Bionic雖然也實(shí)現(xiàn)了pthread_attr_setscope()函數(shù)丸逸，但是只支持PTHREAD_SCOP_SYSTEM屬性，也就意味著Android線程將在全系統(tǒng)的范圍內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)CPU資源剃袍。

6.3 退出線程的方法

6.3.1 調(diào)用pthread_exit函數(shù)退出

一般情況下黄刚，線程運(yùn)行函數(shù)結(jié)束時(shí)線程才退出。但是如果需要民效，也可以在線程運(yùn)行函數(shù)中調(diào)用pthread_exit()函數(shù)來(lái)主動(dòng)退出線程運(yùn)行憔维。函數(shù)原型如下：

 void pthread_exit( void * retval) ;

其中參數(shù)retval用來(lái)設(shè)置返回值

6.3.2 設(shè)備布爾的全局變量

但是如果希望在其它線程中結(jié)束某個(gè)線程？前面介紹了Android不支持pthread_cancel()函數(shù)畏邢，因此业扒，不能在Android中使用這個(gè)函數(shù)來(lái)結(jié)束線程。通俗的方法是舒萎，如果線程在一個(gè)循環(huán)中不停的運(yùn)行程储，可以在每次循環(huán)中檢查一個(gè)初始值為false的全局變量，一旦這個(gè)變量的值為ture，則主動(dòng)退出章鲤，這樣其它線程就可以銅鼓改變這個(gè)全局變量的值來(lái)控制線程的退出摊灭，示例如下：

bool g_force_exit =false;
void * thread_func(void *){
         for(;;){
             if(g_force_exit){
                    break;
             }
             .....
         }
         return NULL;
}
int main(){
     .....
     q_force_exit=true；       //青坡線程退出
}

這種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單可靠败徊，在編程中經(jīng)常使用帚呼。但它的缺點(diǎn)是：如果線程處于掛起等待狀態(tài)，這種方法就不適用了集嵌。
另外一種方式是使用pthread_kill()函數(shù)萝挤。pthread_kill()函數(shù)的作用不是"殺死"一個(gè)線程御毅，而是給線程發(fā)送信號(hào)根欧。函數(shù)如下：

  int pthread_kill(pthread tid,int sig);

即使線程處于掛起狀態(tài)，也可以使用pthead_kill()函數(shù)來(lái)給線程發(fā)送消息并使得線程執(zhí)行處理函數(shù)端蛆，使用pthread_kill()函數(shù)的問(wèn)題是：線程如果在信號(hào)處理函數(shù)中退出凤粗，不方便釋放在線程的運(yùn)行函數(shù)中分配的資源。

6.3.3 通過(guò)管道

更復(fù)雜的方法是：創(chuàng)建一個(gè)管道今豆，在線程運(yùn)行函數(shù)中對(duì)管道"讀端"用select()或epoll()進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)嫌拣，沒(méi)有數(shù)據(jù)則掛起線程，通過(guò)管道的"寫(xiě)端"寫(xiě)入數(shù)據(jù)呆躲，就能喚起線程异逐，從而釋放資源，主動(dòng)退出插掂。

6.4 線程的本地存儲(chǔ)TLS

線程本地存儲(chǔ)(TLS)用來(lái)保存灰瞻、傳遞和線程有關(guān)的數(shù)據(jù)。例如在前面說(shuō)道的使用pthread_kill()函數(shù)關(guān)閉線程的例子中辅甥，需要釋放的資源可以使用TLS傳遞給信號(hào)處理函數(shù)酝润。

6.4.1 TLS介紹

• TLS在線程實(shí)例中是全局可見(jiàn)的，對(duì)某個(gè)線程實(shí)例而言TLS是這個(gè)線程實(shí)例的私有全局變量璃弄。
• 同一個(gè)線程運(yùn)行函數(shù)的不同運(yùn)行實(shí)例要销，他們的TLS是不同的。在這個(gè)點(diǎn)上TLS和線程的關(guān)系有點(diǎn)類(lèi)似棧變量和函數(shù)的關(guān)系夏块。
• 棧變量在函數(shù)退出時(shí)會(huì)消失疏咐，TLS也會(huì)在線程結(jié)束時(shí)釋放。Android實(shí)現(xiàn)了TLS的方式是在線程棧的頂開(kāi)辟了一塊區(qū)域來(lái)存放TLS項(xiàng)脐供，當(dāng)然這塊區(qū)域不再受線程棧的控制浑塞。
• TLS內(nèi)存區(qū)域按數(shù)組方式管理，每個(gè)數(shù)組元素稱為一個(gè)slot患民。Android 4.4中的TLS一共有128 slot缩举，這和Posix中的要求一致(Android 4.2是64個(gè))

6.4.2 TLS注意事項(xiàng)

• TLS變量的數(shù)量有限，使用前要申請(qǐng)一個(gè)key，這個(gè)key和內(nèi)部的slot關(guān)聯(lián)一起仅孩，使用完需要釋放托猩。
  申請(qǐng)一個(gè)key的函數(shù)原型：

int  pthread_key_create(pthread_key_t *key，void (*destructor_function) (void *) );

pthread_key_create()函數(shù)成功返回0辽慕，參數(shù)key中是分配的slot京腥，如果將來(lái)放入slot中的對(duì)象需要在線程結(jié)束的時(shí)候由系統(tǒng)釋放，則需要提供一個(gè)釋放函數(shù)溅蛉，通過(guò)第二個(gè)函數(shù)destructor_function傳入公浪。

• 釋放 TLS key的函數(shù)原型是：

 int  pthread_key_delete ( pthread_key_t) ;

pthread_key_delete()函數(shù)并不檢查當(dāng)前是否還有線程正在使用這個(gè)slot，也不會(huì)調(diào)用清理函數(shù)船侧，只是將slot釋放以供下次調(diào)用pthread_key_create()使用欠气。

• 利用TLS保存數(shù)據(jù)中函數(shù)原型：

  int pthread_setspecific(pthread_key_t key，const void *value) ;

• 讀取TLS保存數(shù)據(jù)中的函數(shù)原型：

 void * pthread_getsepcific (pthread_key_t key);

6.5 線程的互斥量(Mutex)函數(shù)

Linux線程提供了一組函數(shù)用于線程間的互斥訪問(wèn)镜撩，Android中的Mutex類(lèi)實(shí)質(zhì)上是對(duì)Linux互斥函數(shù)的封裝预柒，互斥量可以理解為一把鎖，在進(jìn)入某個(gè)保護(hù)區(qū)域前要先檢查是否已經(jīng)上鎖了袁梗。如果沒(méi)有上鎖就可以進(jìn)入宜鸯，否則就必須等待，進(jìn)入后現(xiàn)將鎖鎖上遮怜，這樣別的線程就無(wú)法再進(jìn)入了淋袖，退出保護(hù)區(qū)后腰解鎖，其它線程才可以繼續(xù)使用

6.5.1 Mutex在使用前需要初始化

初始化函數(shù)是:

int pthread_mutex_init(pthread_mutext_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);

成功后函數(shù)返回0锯梁，metex被初始化成未鎖定的狀態(tài)即碗。如果參數(shù)attr為NULL，則使用缺省的屬性MUTEX_TYPE-BITS_NORMAL涝桅。
互斥量的屬性主要有兩種拜姿，類(lèi)型type和范圍scope，設(shè)置和獲取屬性的函數(shù)如下：

int  pthread_mutexattr_settype (pthread_mutexattr_t * attr, type);
int  pthread_mutexattr_gettype (const pthread_mutexattr_t * attr, int *type);
int  pthread_mutexattr_getpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int *pshared );
int  pthread_mutexattrattr_ setpshared (pthread_mutexattr_t *attr,int  pshared);

互斥量Mutex的類(lèi)型(type) 有3種

• PTHREAD_MUTEX_NORMAL:該類(lèi)型的的互斥量不會(huì)檢測(cè)死鎖冯遂。如果線程沒(méi)有解鎖(unlock)互斥量的情況下再次鎖定該互斥量蕊肥，會(huì)產(chǎn)生死鎖。如果線程嘗試解鎖由其他線程鎖定的互斥量會(huì)產(chǎn)生不確定的行為蛤肌。如果嘗試解鎖未鎖定的互斥量壁却，也會(huì)產(chǎn)生不確定的行為。這是Android目前唯一支持的類(lèi)型裸准。
• PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK:此類(lèi)型的互斥量可提供錯(cuò)誤檢查展东。如果線程在沒(méi)有解鎖互斥量的情況下嘗試重新鎖定該互斥量，或者線程嘗試解鎖的互斥量由其他線程鎖定炒俱。Android目前不支持這種類(lèi)型 盐肃。
• PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE爪膊。如果線程沒(méi)有解鎖互斥量的情況下重新鎖定該互斥量，可成功鎖定該互斥量砸王，不會(huì)產(chǎn)生死鎖情況推盛，但是多次鎖定該互斥量需要進(jìn)行相同次數(shù)的解鎖才能釋放鎖，然后其他線程才能獲取該互斥量谦铃。如果線程嘗試解鎖的互斥量已經(jīng)由其他線程鎖定耘成，則會(huì)返回錯(cuò)誤。如果線程嘗試解鎖還未鎖定的互斥量驹闰，也會(huì)返回錯(cuò)誤瘪菌。Android目前不支持這種類(lèi)型 。

互斥量Mutex的作用范圍(scope) 有2種

• PTHREAD_PROCESS_PRIVATE:互斥量的作用范圍是進(jìn)程內(nèi)嘹朗，這是缺省屬性师妙。
• PTHREAD_PROCESS_SHARED:互斥量可以用于進(jìn)程間線程的同步。Android文檔中說(shuō)不支持這種屬性骡显，但是實(shí)際上支持疆栏，在audiofliger和surfacefliger都有用到，只不過(guò)在持有鎖的進(jìn)程意外死亡的情況下惫谤，互斥量(Mutex)不能釋放掉，這是目前實(shí)現(xiàn)的一個(gè)缺陷珠洗。

6.6 線程的條件量(Condition)函數(shù)

6.6.1 為什么需要條件量Condition函數(shù)

• 條件量Condition是為了解決一些更復(fù)雜的同步問(wèn)題而設(shè)計(jì)的溜歪。考慮這樣的一種情況许蓖，A和B線程不但需要互斥訪問(wèn)某個(gè)區(qū)域蝴猪，而且線程A還必須等待線程B的運(yùn)行結(jié)果。如果僅使用互斥量進(jìn)行保護(hù)膊爪，在線程B先運(yùn)行的的情況下沒(méi)有問(wèn)題自阱。但是如果線程A先運(yùn)行，拿到互斥量的鎖米酬，往下忘無(wú)法進(jìn)行沛豌。
• 條件量就是解決這類(lèi)問(wèn)題的。在使用條件量的情況下赃额，如果線程A先運(yùn)行加派，得到鎖以后，可以使用條件量的等待函數(shù)解鎖并等待跳芳，這樣線程B得到了運(yùn)行的機(jī)會(huì)芍锦。線程B運(yùn)行完以后通過(guò)條件量的信號(hào)函數(shù)喚醒等待的線程A，這樣線程A的條件也滿足了飞盆，程序就能繼續(xù)執(zhí)行力額娄琉。

6.6.2 Condition函數(shù)

• 1. 條件量在使用前需要先初始化次乓，函數(shù)原型是：

int  pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr *attr);

使用完需要銷(xiāo)毀，函數(shù)原型是：

int  pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

條件量的屬性只有 "共享(share)" 一種孽水，下面是屬性相關(guān)函數(shù)原型檬输，下面是屬性相關(guān)的函數(shù)原型：

int  pthread_condattr_init(pthread_condattr_t *attr);
int  pthread_condattr_getpshared(pthread_condattr_t *attr,int *pshared);
int pthread_condattr_setpshared(pthread_condattr_t *attr,int pshared) 
int pthread_condattr_destroy (pthread_condattr_t *__attr);

"共享(shared)" 屬性的值有兩種

• PTHREAD_PROCESS_PRIVATE：條件量的作用范圍是進(jìn)程內(nèi)，這是缺省的屬性匈棘。
• PTHREAD_PROCESS_SHARED：條件量可以用于進(jìn)程間線程同步丧慈。
• 2 條件量的等待函數(shù)的原型如下：

int pthread_cond_wait (pthread_cond_t *__restrict __cond,pthread_mutex_t *__restrict __mutex);

 int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t *__restrict __cond,pthread_mutex_t *__restrict __mutex, __const struct timespec *__restrict __abstime);

條件量的等待函數(shù)會(huì)先解鎖互斥量，因此主卫，使用前一定要確保mutex已經(jīng)上鎖逃默。鎖上后線程將掛起。pthread_cond_timedwait()用在希望線程等待一段時(shí)間的情況下簇搅，如果時(shí)間到了線程就會(huì)恢復(fù)運(yùn)行完域。

• 3 可以使用函數(shù)pthread_cond_signal()來(lái)喚醒等待隊(duì)列中的一個(gè)線程，原型如下：

int pthread_cond_signal (pthread_cond_t *__cond);

也可以通過(guò)pthread_cond_broadcast()喚醒所有等待的線程

 int pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t *__cond);

6.6.3 Futex同步機(jī)制

• Futex 是 fast userspace mutext的縮寫(xiě)瘩将，意思是快速用戶控件互斥體吟税。這里討論Futex是因?yàn)樵贏ndroid中不但線程函數(shù)使用了Futex，甚至一些模塊中也直接使用了Futex作為進(jìn)程間同步手段姿现，了解Futex的原理有助于我們理解這些模塊的運(yùn)行機(jī)制肠仪。
• Linux從2.5.7開(kāi)始支持Futex。在類(lèi)Unix系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中备典，傳統(tǒng)的進(jìn)程同步機(jī)制都是通過(guò)對(duì)內(nèi)核對(duì)象進(jìn)行操作來(lái)完成异旧，這個(gè)內(nèi)核對(duì)象在需要同步的進(jìn)程中都是可見(jiàn)的。這種同步方法因?yàn)樯婕坝脩魬B(tài)和內(nèi)核態(tài)的切換提佣，效率比較低吮蛹。使用了傳統(tǒng)的同步機(jī)制時(shí)，進(jìn)入臨界區(qū)即使沒(méi)有其他進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)切到內(nèi)核態(tài)檢查內(nèi)核同步對(duì)象的狀態(tài)拌屏，這種不必要的切換明顯降低了程序的執(zhí)行效率潮针。
• Futex就是為了解決這個(gè)問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。Futex是一種用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)混合的同步機(jī)制倚喂，使用Futex同步機(jī)制每篷，如果用于進(jìn)程間同步，需要先調(diào)用mmap()創(chuàng)建一塊共享內(nèi)存务唐，F(xiàn)utex變量就位于共享區(qū)雳攘。同時(shí)對(duì)Futex變量的操作必須是原子的，當(dāng)進(jìn)程駛?cè)脒M(jìn)入臨界區(qū)或者退出臨界區(qū)的時(shí)候枫笛，首先檢查共享內(nèi)存中的Futex變量吨灭，如果沒(méi)有其他進(jìn)程也申請(qǐng)了使用臨界區(qū)，則只修改Futex變量而不再執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用刑巧。如果同時(shí)有其他進(jìn)程也申請(qǐng)使用臨界區(qū)喧兄，還是需要通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用去執(zhí)行等待或喚醒操作无畔。這樣通過(guò)用戶態(tài)的Futex變量的控制，減少了進(jìn)程在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間切換的次數(shù)吠冤，從而最大程度的降低了系統(tǒng)同步的開(kāi)銷(xiāo)浑彰。
  1 Futex的系統(tǒng)調(diào)用
  在Linux中，F(xiàn)utex系統(tǒng)調(diào)用的定義如下：

#define _NR_futex    240

Fetex系統(tǒng)調(diào)用的原型是：

int  futex(int *uaddr, int cp, int val, const struct timespec *timeout, int *uaddr2, int val3);

• uaddr是Futex變量拯辙，一個(gè)共享的整數(shù)計(jì)數(shù)器郭变。
• op表示操作類(lèi)型，有5中預(yù)定義的值涯保，但是在Bionic中只使用了下面兩種：① FUTEX_WAIT,內(nèi)核將檢查uaddr中家屬器的值是否等于val诉濒，如果等于則掛起進(jìn)程，直到uaddr到達(dá)了FUTEX_WAKE調(diào)用或者超時(shí)時(shí)間到夕春。②FUTEXT_WAKE：內(nèi)核喚醒val個(gè)等待在uaddr上的進(jìn)程未荒。
• val存放與操作op相關(guān)的值
• timeout用于操作FUTEX_WAIT中，表示等待超時(shí)時(shí)間及志。
• uaddr2和val3很少使用片排。
  (1) 在Bionic中，提供了兩個(gè)函數(shù)來(lái)包裝Futex系統(tǒng)調(diào)用：

extern int  _futex_wait(volatile void *ftx,int val, const struct timespec *timespec );
extern int _futex_wake(volatile void *ftx, int count);

(2) Bionic還有兩個(gè)類(lèi)似的函數(shù)速侈，它們的原型如下：

extern int  _futex_wake_ex(volatile void *ftx,int pshared,int val);
extern int  _futex_wait_ex(volatile void *fex,int pshared,int val, const stuct timespec *timeout);

這兩個(gè)函數(shù)多了一個(gè)參數(shù)pshared,pshared的值為true 表示wake和wait操作是用于進(jìn)程間的掛起和喚醒率寡；值為false表示操作于進(jìn)程內(nèi)線程的掛起和喚醒。當(dāng)pshare的值為false時(shí)锌畸，執(zhí)行Futex系統(tǒng)調(diào)用的操作碼為

FUTEX_WAIT|FUTEX_PRIVATE_FLAG

內(nèi)核如何檢測(cè)到操作有FUTEX_PRIVATE_FLAG標(biāo)記勇劣，能以更快的速度執(zhí)行七掛起和喚醒操作。
_futex_wait 和_futex_wake函數(shù)相當(dāng)于pshared等于true的情況潭枣。
2、Futex的用戶態(tài)操作
Futex的系統(tǒng)調(diào)用FUTEX_WAIT和FUTEX_WAKE只是用來(lái)掛起或者喚醒進(jìn)程幻捏，F(xiàn)utex的同步機(jī)制還包括用戶態(tài)下的判斷操作盆犁。用戶態(tài)下的操作沒(méi)有固定的函數(shù)調(diào)用，只是一種檢測(cè)共享變量的方法篡九。Futex用于臨界區(qū)的算法如下：

• 首先創(chuàng)建一個(gè)全局的整數(shù)變量作為Futex變量谐岁，如果用于進(jìn)程間的同步，這個(gè)變量必須位于共享內(nèi)存榛臼。Futex變量的初始值為0伊佃。
• 當(dāng)進(jìn)程或線程嘗試持有鎖的時(shí)候，檢查Futex變量的值是否為0沛善，如果為0航揉，則將Futex變量的值設(shè)為1，然后繼續(xù)執(zhí)行金刁；如果不為0帅涂，將Futex的值設(shè)為2以后议薪，執(zhí)行FUTEX_WAIT 系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入掛起等待狀態(tài)。
• Futex變量值為0表示無(wú)鎖狀態(tài)媳友，1表示有鎖無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的狀態(tài)斯议，2表示有競(jìng)爭(zhēng)的狀態(tài)。
• 當(dāng)進(jìn)程或線程釋放鎖的時(shí)候醇锚，如果Futex變量的值為1哼御，說(shuō)明沒(méi)有其他線程在等待鎖，這樣講Futex變量的值設(shè)為0就結(jié)束了焊唬；如果Futex變量的值2恋昼，說(shuō)明還有線程等待鎖，將Futex變量值設(shè)為0求晶，同時(shí)執(zhí)行FUTEX_WAKE()系統(tǒng)調(diào)用來(lái)喚醒等待的進(jìn)程焰雕。

對(duì)Futex變量操作時(shí)，比較和賦值操作必須是原子的芳杏。

參考

Android跨進(jìn)程通信IPC之2——Bionic