线程是否在Linux上作为进程实现？

Question

我正在学习这本书，由Mitchell、Jeffrey和Alex编写的高级Linux程序。这是2001年的，所以有点老了。但我觉得它还是不错的。

然而，当它与我的Linux在shell输出中所产生的结果不同时，我得出了这样的结论。在第92页(查看器中的116)，第4.5章GNU/Linux线程实现以包含以下语句的段落开头：

POSIX线程在GNU/Linux上的实现在一个重要方面不同于许多其他类似UNIX系统的线程实现:在GNU/Linux上，线程是作为进程实现的。

这似乎是一个关键点，稍后将用C代码加以说明。这本书的产出是：

main thread pid is 14608
child thread pid is 14610

在我的Ubuntu 16.04中，它是：

main thread pid is 3615
child thread pid is 3615

ps输出支持这一点。

我想从2001年到现在肯定有什么改变了。

下一页的下一章4.5.1信号处理建立在前一条语句的基础上：

信号和线程之间的交互行为因UNIX系统而异。在GNU/Linux中，这种行为是由线程作为进程实现这一事实决定的。

看上去这一点在这本书的后面会更加重要。有人能解释一下这里发生了什么吗？

我看过这个Linux内核线程真的是内核进程吗？，但没有多大帮助。我很困惑。

这是C代码：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

void* thread_function (void* arg)
{
    fprintf (stderr, "child thread pid is %d\n", (int) getpid ());
    /* Spin forever. */
    while (1);
    return NULL;
}

int main ()
{
    pthread_t thread;
    fprintf (stderr, "main thread pid is %d\n", (int) getpid ());
    pthread_create (&thread, NULL, &thread_function, NULL);
    /* Spin forever. */
    while (1);
    return 0;
}

Answer 1

(Userspace)线程不作为进程在Linux上实现，因为它们没有自己的私有地址空间，它们仍然共享父进程的地址空间。

但是，这些线程是为了使用内核进程记帐系统而实现的，因此分配给它们自己的线程ID ( TID )，但是给出了与父进程相同的PID和“线程组ID”( TGID ) --这与创建新的TGID和PID的叉不同，而TID与PID相同。

因此，最近的内核似乎有一个可以查询的单独的TID，这对于线程来说是不同的，在上面的main() thread_function()中显示这一点的一个合适的代码片段是：

    long tid = syscall(SYS_gettid);
    printf("%ld\n", tid);

因此，整个代码如下所示：

#include <pthread.h>                                                                                                                                          
#include <stdio.h>                                                                                                                                            
#include <unistd.h>                                                                                                                                           
#include <syscall.h>                                                                                                                                          

void* thread_function (void* arg)                                                                                                                             
{                                                                                                                                                             
    long tid = syscall(SYS_gettid);                                                                                                                           
    printf("child thread TID is %ld\n", tid);                                                                                                                 
    fprintf (stderr, "child thread pid is %d\n", (int) getpid ());                                                                                            
    /* Spin forever. */                                                                                                                                       
    while (1);                                                                                                                                                
    return NULL;                                                                                                                                              
}                                                                                                                                                             

int main ()                                                                                                                                                   
{                                                                                                                                               
    pthread_t thread;                                                                               
    long tid = syscall(SYS_gettid);     
    printf("main TID is %ld\n", tid);                                                                                             
    fprintf (stderr, "main thread pid is %d\n", (int) getpid ());                                                    
    pthread_create (&thread, NULL, &thread_function, NULL);                                           
    /* Spin forever. */                                                                                                                                       
    while (1);                                                                                                                                                
    return 0;                                                                                                                                                 
} 

给出了一个示例输出：

main TID is 17963
main thread pid is 17963
thread TID is 17964
child thread pid is 17963

Answer 2

在内部，linux内核中没有进程或线程这样的东西。进程和线程是一个主要是用户的概念，内核本身只看到“任务”，这是一个可调度的对象，可以与其他任务共享任何、部分或全部资源。线程是配置成与父任务共享其大部分资源(地址空间、mmap、管道、打开的文件处理程序、套接字等)的任务，进程是配置成与父任务共享最小资源的任务。

当您直接使用Linux (克隆()，而不是叉()和丝线_创建())时，您可以更灵活地定义要共享或不共享的资源，并且可以创建既不是完全进程也不是完全线程的任务。如果直接使用这些低级调用，也可以使用新的TGID (因此大多数用户工具将其视为一个进程)创建一个任务，该任务实际上与父任务共享其所有资源，反之亦然，从而创建一个具有共享TGID的任务(因此大多数用户工具将其视为线程)与其父任务不共享资源。

Linux2.4实现了TGID，但这主要是为了实现资源核算。许多用户和用户空间工具发现，能够将相关任务分组并一起报告其资源使用情况是非常有用的。

Linux中任务的实现比用户空间工具提供的进程和线程世界观更加流畅。

Answer 3

基本上，您书中的信息在历史上是准确的，因为Linux上线程的实现历史非常糟糕。我对有关SO的一个相关问题的回答也是对你问题的回答：

https://stackoverflow.com/questions/9154671/distinction-between-processes-and-threads-in-linux/9154725#9154725

这些混淆都源于内核开发人员最初持有一种非理性和错误的观点，即只要内核提供了一种使线程共享内存和文件描述符的方法，那么线程几乎完全可以在用户空间中使用内核进程作为原语来实现。这导致了POSIX线程的臭名昭著的LinuxThreads实现，这是一个错误的名称，因为它没有提供任何与POSIX线程语义非常类似的东西。最终，LinuxThreads被NPTL取代，但许多令人困惑的术语和误解依然存在。首先，也是最重要的一点是，在内核空间和用户空间中，PID意味着不同的东西。内核所称的PID实际上是内核级别的线程ids (通常称为TID)，不能与单独的标识符pthread_t混淆。系统上的每个线程，无论是在同一个进程中还是在不同的进程中，都有一个唯一的TID (或内核术语中的"PID“)。另一方面，在POSIX意义上被认为是“进程”的PID在内核中被称为“线程组ID”或"TGID“。每个进程由一个或多个线程(内核进程)组成，每个线程都有自己的TID (内核PID)，但它们都共享相同的TGID，这等于运行main的初始线程的TID (内核PID)。当top显示线程时，它显示的是TID(内核PID)，而不是PID(内核TGID)，这就是为什么每个线程都有一个单独的线程。随着NPTL的出现，大多数采用PID参数或对调用进程起作用的系统调用被更改为将PID视为TGID，并作用于整个“线程组”(POSIX进程)。