Linux系統分析之線程__Linux

什麼是線程

 

Linux線程是一類特殊的進程，擁有各自的task_struct，核心並沒有特別的調度演算法和資料結構來表徵線程，而僅僅是作為一個普通的進程，只是和其他進程共用進程空間。也就是說，如果程式運行於多線程環境，編寫程式時必須檢查一下項目： 是否使用了不可重新進入的系統函數，例如字串分割函數::strtok()； 是否已經對全域變數或靜態變數進行了加鎖； 第三方庫是否支援多線程。

 

註：想要從核心擷取線程id，應當使用current->pid。在核心裡pid對進程而言是進程號，對於線程是線程號。同一進程的不同線程的pid是不同的，但同一進程的不同線程有統一的tgid，所以像getpid()，kill()等這種系統調用返回的都是tgid的值。

 

線程的調度

 

如果系統只有一個CPU，則它根本不可能真正同時進行一個以上的線程，它只能把CPU已耗用時間劃分成若干個時間片，再將時間片分配給各個線程執行，在一個時間片的線程代碼運行時，其它線程處於掛起狀態，這種方式稱之為並發(Concurrent)。

 

因為I/O操作速度遠遠慢於CPU處理速度，鍵鼠輸入、硬碟讀寫、網路傳輸等速度遠慢於記憶體讀寫速度，而記憶體速度又遠慢於CPU緩衝速度，所以有效利用I/O操作間隙時的CPU，成為早期單核並發機制的來由。在並發環境下，CPU以”掛起->執行->掛起”的非同步方式以很小的時間片分別運行各個線程，既讓每個線程都得到合理的CPU資源，避免等待處理速度較慢的裝置，又給使用者以每個線程都在啟動並執行錯覺。在這種環境中，多線程程式真正改善的是系統的響應效能和程式的友好性。

 

核心線程

 

核心線程是獨立運行在核心空間的標準進程，它和普通進程的區別是核心線程沒有獨立的地址空間，它的程式碼片段和資料都在核心空間裡，但可以被調度，被搶佔。

 

核心線程可以建立新的核心線程。一般情況下，核心線程會將它在建立時得到的函數永遠執行下去，這個函數通常由一個迴圈構成（核心線程0）。在需要的時候，這個核心線程被喚醒，和執行，在完成任務以後，它會自動休眠。

 

註：可以把核心想象成有很多核心線程在核心空間上同時啟動並執行集合體。

 

核心線程0

 

核心線程0是在系統初始化階段由start_kernel()函數從無到有建立的一個核心線程，建立的內容包括進程描述符、核心態堆棧、mm、fs、files、signals等。核心線程0最後的初始化工作是建立init核心線程，此後運行cpu_idle，線程0成為idle線程。

 

進程1

 

當發送器選擇到init線程時，init線程開始執行init()函數。init()函數最後調用execve()系統調用裝入可執行程式init。自此，init核心線程變成一個普通的進程，即init進程，進程號為1，是其他所有使用者進程的父進程。init進程從不終止，因為它建立和監控作業系統外層的所有進程的活動。