Linux系统分析之线程

什么是线程

 

Linux线程是一类特殊的进程，拥有各自的task_struct，内核并没有特别的调度算法和数据结构来表征线程，而仅仅是作为一个普通的进程，只是和其他进程共享进程空间。也就是说，如果程序运行于多线程环境，编写程序时必须检查一下项目：

• 是否使用了不可重入的系统函数，例如字符串分割函数::strtok()；
• 是否已经对全局变量或静态变量进行了加锁；
• 第三方库是否支持多线程。

 

注：想要从核心获取线程id，应当使用current->pid。在核心里pid对进程而言是进程号，对于线程是线程号。同一进程的不同线程的pid是不同的，但同一进程的不同线程有统一的tgid，所以像getpid()，kill()等这种系统调用返回的都是tgid的值。

 

线程的调度

 

如果系统只有一个CPU，则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程，它只能把CPU运行时间划分成若干个时间片，再将时间片分配给各个线程执行，在一个时间片的线程代码运行时，其它线程处于挂起状态，这种方式称之为并发(Concurrent)。

 

因为I/O操作速度远远慢于CPU处理速度，键鼠输入、硬盘读写、网络传输等速度远慢于内存读写速度，而内存速度又远慢于CPU缓存速度，所以有效的利用I/O操作间隙时的CPU，成为早期单核并发机制的来由。在并发环境下，CPU以”挂起->执行->挂起”的异步方式以很小的时间片分别运行各个线程，既让每个线程都得到合理的CPU资源，避免等待处理速度较慢的设备，又给用户以每个线程都在运行的错觉。在这种环境中，多线程程序真正改善的是系统的响应性能和程序的友好性。

 

内核线程

 

内核线程是独立运行在内核空间的标准进程，它和普通进程的区别是内核线程没有独立的地址空间，它的代码段和数据都在内核空间里，但可以被调度，被抢占。

 

内核线程可以创建新的内核线程。一般情况下，内核线程会将它在创建时得到的函数永远执行下去，这个函数通常由一个循环构成（内核线程0）。在需要的时候，这个内核线程被唤醒，和执行，在完成任务以后，它会自动休眠。

 

注：可以把内核想象成有很多内核线程在内核空间上同时运行的集合体。

 

内核线程0

 

内核线程0是在系统初始化阶段由start_kernel()函数从无到有创建的一个内核线程，创建的内容包括进程描述符、内核态堆栈、mm、fs、files、signals等。内核线程0最后的初始化工作是创建init内核线程，此后运行cpu_idle，线程0成为idle线程。

 

进程1

 

当调度程序选择到init线程时，init线程开始执行init()函数。init()函数最后调用execve()系统调用装入可执行程序init。自此，init内核线程变成一个普通的进程，即init进程，进程号为1，是其他所有用户进程的父进程。init进程从不终止，因为它创建和监控操作系统外层的所有进程的活动。