linux线程的实现.docxVIP

首先从OS设计原理上阐明三种线程：内核线程、轻量级进程、用户线程内核线程内核线程就是内核的分身，一个分身可以处理一件特定事情。这在处理异步事件如异步IO时特别有用。内核线程的使用是廉价的，唯一使用的资源就是内核栈和上下文切换时保存寄存器的空间。支持多线程的内核叫做多线程内核(Multi-Threads kernel )。轻量级进程轻量级线程(LWP)是一种由内核支持的用户线程。它是基于内核线程的高级抽象，因此只有先支持内核线程，才能有LWP。每一个进程有一个或多个LWPs，每个LWP由一个内核线程支持。这种模型实际上就是恐龙书上所提到的一对一线程模型。在这种实现的操作系统中，LWP就是用户线程。由于每个LWP都与一个特定的内核线程关联，因此每个LWP都是一个独立的线程调度单元。即使有一个LWP在系统调用中阻塞，也不会影响整个进程的执行。轻量级进程具有局限性。首先，大多数LWP的操作，如建立、析构以及同步，都需要进行系统调用。系统调用的代价相对较高：需要在user mode和kernel mode中切换。其次，每个LWP都需要有一个内核线程支持，因此LWP要消耗内核资源（内核线程的栈空间）。因此一个系统不能支持大量的LWP。?注：LWP?的术语是借自于?SVR4/MP?和?Solaris 2.x?。有些系统将?LWP?称为虚拟处理器。而将之称为轻量级进程的原因可能是：在内核线程的支持下，?LWP?是独立的调度单元，就像普通的进程一样。所以?LWP?的最大特点还是每个?LWP?都有一个内核线程支持。?用户线程LWP虽然本质上属于用户线程，但LWP线程库是建立在内核之上的，LWP的许多操作都要进行系统调用，因此效率不高。而这里的用户线程指的是完全建立在用户空间的线程库，用户线程的建立，同步，销毁，调度完全在用户空间完成，不需要内核的帮助。因此这种线程的操作是极其快速的且低消耗的。?上图是最初的一个用户线程模型，从中可以看出，进程中包含线程，用户线程在用户空间中实现，内核并没有直接对用户线程进程调度，内核的调度对象和传统进程一样，还是进程本身，内核并不知道用户线程的存在。用户线程之间的调度由在用户空间实现的线程库实现。这种模型对应着恐龙书中提到的多对一线程模型，其缺点是一个用户线程如果阻塞在系统调用中，则整个进程都将会阻塞。加强版的用户线程——用户线程+LWP这种模型对应着恐龙书中多对多模型。用户线程库还是完全建立在用户空间中，因此用户线程的操作还是很廉价，因此可以建立任意多需要的用户线程。操作系统提供了?LWP?作为用户线程和内核线程之间的桥梁。?LWP?还是和前面提到的一样，具有内核线程支持，是内核的调度单元，并且用户线程的系统调用要通过?LWP?，因此进程中某个用户线程的阻塞不会影响整个进程的执行。用户线程库将建立的用户线程关联到?LWP?上，?LWP?与用户线程的数量不一定一致。当内核调度到某个?LWP?上时，此时与该?LWP?关联的用户线程就被执行。?很多文献中都认为轻量级进程就是线程，实际上这种说法并不完全正确，从前面的分析中可以看到，只有在用户线程完全由轻量级进程构成时，才可以说轻量级进程就是线程。?LinuxThreads　　所实现的就是基于核心轻量级进程的一对一线程模型，一个线程实体对应一个核心轻量级进程，而线程之间的管理在核外函数库（我们常用的pthread库）中实现。?一直以来, linux内核并没有线程的概念. 每一个执行实体都是一个task_struct结构, 通常称之为进程.?　　进程是一个执行单元, 维护着执行相关的动态资源. 同时, 它又引用着程序所需的静态资源.通过系统调用clone创建子进程时, 可以有选择性地让子进程共享父进程所引用的资源. 这样的子进程通常称为轻量级进程，如上文所述，又叫内核线程。[插曲]说下fork和vfork的区别　　fork时，子进程是父进程的一个拷贝。子进程从父进程那得到了数据段和堆栈段，但不是与父进程共享而是单独分配内存。然而这里的非共享最初状态是共享的，linux下使用了写时复制技术，刚开始共享父进程的数据段，在写数据段的时候才进行复制，以fork为例，最终共享的资源就是task_struct、系统空间堆栈（copy_thread）、页面表等。　　vfork时，因为实现为子进程先执行，所以是不拷贝（没必要）父进的虚存空间，也就是用户空间堆栈，clone(clone_vfork|clone_vm|sigchld,0)，指明的参数是不会拷贝，注定共享的。因为现在的fork都是写实拷贝，所以vfork的优势便不明显了——只是不用向vfork那样拷贝页表。另外，内核都是优先让子进程先执行，考虑到调度问题，fork不保证；但vfork可保证这点　　2.4内核 do_dork是f