Linux線程 之 線程 線程組 進程 輕量級進程(LWP)

Linux線程之線程線程組進程輕量級進程（LWP）ThreadLocalStorage，線程本地存儲，大神UlrichDrepper有篇PDF文檔是講TLS的，我曾經(jīng)努力過三次嘗試搞清楚TLS的原理，均沒有徹底搞清楚。這一次是第三次，我沉浸glibc的源碼和kernel的源碼中，做了一些實驗，也有所得。對Linux的線程有了進一步的理解。線程是有棧的，我們知道，普通的一個進程，它的?？臻g是8M我們可以通過ulmit-a查看：stacksize（kbytes,-s）8192線程也不例外，線程也是需要棧空間的這句話是廢話，呵呵。對于屬于同一個進程（或者說是線程組）的多個線程他們是共享一份虛擬內(nèi)存地址的，如下圖所示。這也就決定了，你不能無限制創(chuàng)建線，因為縱然你什么都不做，每個線程默認耗費8M的空間（事實上還不止，還有管理結(jié)構(gòu)，后面陳述）UlrichDrepper大神有篇文章（Threadnumbersandstacks》，分析了線程?？臻g方面的計算。如果我們真的需要很多個線程的話，幸好我們還是可以做一些事情。我們可以通過pthread_attr_setstacksize,設(shè)定好stacksize屬性然后在pthread_pthread_attr_setstacksize（pthread_attr_t*attr,size_tstacksize）;intpthread_create（pthread_t*thread,constvoidpthread_attr_t*attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg);線程棧如上圖所示，共享進程(或者稱之為線程組)的虛擬地址空間。既然多個線程聚集在一起，我怎么知道我要操作的那個線程棧的地址呢。要解決這個問題，必須要領(lǐng)會線程和進程以及線程組的概念。我不想寫一堆片湯話，下面我運行我的測試程序，然后結(jié)合現(xiàn)象分析原因：#include<stdio.h>#include<pthread.h>#include<sys/syscall.h>#include<assert.h>#definegettid()syscall(__NR_gettid)pthread_key_tkey;__threadintcount=2222;__threadunsignedlonglongcount2;static__threadintcount3;voidechomsg(intt){printf("destructorexcutedinthread%x,param=%x\n",pthread_self(),t);}void*child1(void*arg){intb;inttid=pthread_self();printf("Iamthechild1pthread_selfreturn%pgettidreturn%d\n",tid,gettid());char*key_content=malloc(8);if(key_content!=NULL){strcpy(key_content,"ACACACA");}pthread_setspecific(key,(void*)key_content);count=666666;count2=1023;count3=2048;

printf("Iamchild1,tid=%x,count(%p)=%10d,count2(%p)=%10llu,count3(%p)=%6d\n",tid,&count,count,&count2,count2,&count3,count3);asmvolatile("movl%%gs:0,%0;":"=r"(b)/*output*/);printf("Iamchild1,GSaddress%x\n",b);sleep(2);printf("thread%xreturns%x\n",tid,pthread_getspecific(key));sleep(50);}void*child2(void*arg){intb;inttid=pthread_self();printf("Iamthechild2pthread_selfreturn%pgettidreturn%d\n",tid,gettid());char*key_content=malloc(8);if(key_content!=NULL){strcpy(key_content,"ABCDEFG");}pthread_setspecific(key,(void*)key_content);count=88888888;count2=1024;count3=2047;printf("Iamchild2,tid=%x,count(%p)=%10d,count2(%p)=%10llu,count3(%p)=%6d\n",tid,&count,count,&count2,count2,&count3,count3);asmaddress%x\n",b);volatile("movl%%gs:0,%0;":"=r"(b)/*output*/);printf("Iamchild2,GSaddress%x\n",b);sleep(1);printf("thread%xreturns%x\n",tid,pthread_getspecific(key));sleep(50);}intmain(void){intb;pthread_ttid1,tid2;printf("hello\n");pthread_key_create(&key,echomsg);asmvolatile("movl%%gs:0,%0;":"=r"(b)/*output*/);printf("Iamthemain,GSaddress%x\n",b);pthread_create(&tid1,NULL,child1,NULL);pthread_create(&tid2,NULL,child2,NULL);printf("pthread_createtid1=%p\n",tid1);printf("pthread_createtid2=%p\n",tid2);sleep(60);pthread_key_delete(key);printf("mainthreadexit\n");return0;}這是一個比較綜合的程序，因為我下面要多次從不同的側(cè)面分析。對于現(xiàn)在，我們要展示的是進程線程線程組的關(guān)系。在一個終端運行編譯岀來的test2程序，顯示的信息如下：另一個終端看ps信息，ps顯示的信息如下：直接ps，是看不到我們創(chuàng)建的線程的。只有3658一個進程。當我們采用ps-eLf的時候，我們看到了三個線程3658/3659/3660，或者稱之為輕量級進程(LWP)Linux到底是怎么看待這三者的關(guān)系的呢：Linux下多線程程序，一般都是有一個主進程通過調(diào)用pthread_create創(chuàng)建了一個或者多個子線程，如同我們的程序，主進程在main中創(chuàng)建了兩個子進程。那么Linux到底是怎么看待這些事情的呢？pid_tpid;pid_ttgid;...structtask_struct*group_leader;/*threadgroupleader*/上面三個變量是進程描述符的三個成員變量。pid字面意思是processid，其實叫threadid會更合適。tgid字面含義是threadgroupID。對于存在多個線程的程序而言，每個線程都有自己的pid，沒錯pid，如同我們例子中的3658/3659/3660,但是都有個共同的線程組ID（TGID）：3658。好吧，我們再重新說一遍，對于普通進程而言，我們可以稱之為只有一個LWP的線程組，pid是它自己的pid,tgid還是它自己，線程組里面只有他自己一個光桿司令，自然group_leader也是它自己。但是多線程的進程（線程組更恰當）則不然。開天辟地的main函數(shù)所在的進程會有自己的PID，也會有也TGID,group_leader,都是他自己。注意，它自己也是LWP。后面他使用ptherad_create創(chuàng)建了2個線程，或者LWP，這兩個新創(chuàng)建的線程會有自己的PID，但是TGID會沿用創(chuàng)建自己的那個進程的TGID，group_leader也會尊創(chuàng)建自己的進程的進程描述符（task_struct）為自己的group_leader。copy_process函數(shù)中有如下代碼：p->pid=pid_nr(pid);p->tgid=p->pid;〃普通進程if(clone_flags&CLONE_THREAD)p->tgid=current->tgid;〃線程選擇叫起它的進程的tgid作為自己的tgidp->group_leader=p;//普通進程INIT_LIST_HEAD(&p->thread_group);if(clone_flags&CLONE_THREAD){current->signal->nr_threads++;atomic_inc(&current->signal->live);atomic_inc(&current->signal->sigcnt);p->group_leader=current->group_leader;//線程選擇叫起它的進程作為它的group_leaderlist_add_tail_rcu(&p->thread_group,&p->group_leader->thread_group);}OK,ps-eLf中有個字段叫NLWP，就是線程組中LWP的個數(shù)，對于我們的例子main函數(shù)所在LWP+兩個線程二3.我們傳說的getpid函數(shù)，本質(zhì)取得是進程描述符的TGID，而gettid系統(tǒng)調(diào)用，取得才是每個LWP各自的PID。請看上面的圖片輸出，上面連個線程gettid返回的是3873和3874，是自己的PID。稍微有點毀三觀除此外，需要指出的是用戶態(tài)pthread_create出來的線程，在內(nèi)核態(tài)，也擁有自己的進程描述符task_struct(copy_process里面調(diào)用dup_task_struct創(chuàng)建)。這是什么意思呢。意思是我們用戶態(tài)所說的線程，一樣是內(nèi)核進程調(diào)度的實體。進程調(diào)度，嚴格意義上說應該叫LWP調(diào)度，進程調(diào)度，不是以前面提到的線程組為單位調(diào)度的，本質(zhì)是以LWP為單位調(diào)度的。這個結(jié)論乍一看驚世駭俗，細細一想，其是很合理。我們?yōu)槭裁炊嗑€程？因為多CPU,多核，我們要充分利用多核,同一個線程組的不同LWP是可以同時跑在不同的CPU之上的，因為這個并發(fā)，所以我們有線程鎖的設(shè)計，這從側(cè)面證明了，LWP是調(diào)度的實體。我們用systemtap去觀察下test2程序相關(guān)的調(diào)度：systemtap腳本如下：#!/usr/bin/envstap##globaltime_offsetprobebegin{time_offset=gettimeofday_us()printf("monitorbegin==========\n")}probescheduler.cpu_off{if(task_execname(task_next)=="test2"){t=gettimeofday_us();printf("%9d:%20s(%6d)->%10s(%6d:%6d)\n",t-time_offset,task_execname(task_prev),task_pid(task_prev),task_execname(task_next),task_pid(task_next),#返回的是內(nèi)核中的TGIDtask_tid（