Linux中进程和线程之间的区别

Question

在阅读了这个答案和Robert Love的“LinuxKernelDevelopment”之后，随后在clone()系统调用中，我发现Linux中的进程和线程（几乎）与内核没有区别。它们之间有一些调整（在引用的SO问题中被讨论为“更多共享”或“更少共享”），但是我仍然有一些问题需要解答。

我最近开发了一个包含几个POSIX线程的程序，并决定在此前提下进行试验。在创建两个线程的进程中，所有线程当然都会获得的唯一值pthread_self()，
但 不是getpid()。

我创建的示例程序如下：

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

void* threadMethod(void* arg)
{
    int intArg = (int) *((int*) arg);

    int32_t pid = getpid();
    uint64_t pti = pthread_self();

    printf("[Thread %d] getpid() = %d\n", intArg, pid);
    printf("[Thread %d] pthread_self() = %lu\n", intArg, pti);
}

int main()
{
    pthread_t threads[2];

    int thread1 = 1;

    if ((pthread_create(&threads[0], NULL, threadMethod, (void*) &thread1))
         != 0)
    {
        fprintf(stderr, "pthread_create: error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int thread2 = 2;

    if ((pthread_create(&threads[1], NULL, threadMethod, (void*) &thread2))
         != 0)
    {
        fprintf(stderr, "pthread_create: error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int32_t pid = getpid();
    uint64_t pti = pthread_self();

    printf("[Process] getpid() = %d\n", pid);
    printf("[Process] pthread_self() = %lu\n", pti);

    if ((pthread_join(threads[0], NULL)) != 0)
    {
        fprintf(stderr, "Could not join thread 1\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if ((pthread_join(threads[1], NULL)) != 0)
    {
        fprintf(stderr, "Could not join thread 2\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    return 0;
}

（这被编译[ gcc -pthread -o thread_test thread_test.c]在64位的Fedora;由于用于64位类型pthread_t从来源<bits/pthreadtypes.h>，代码将需要小的变化来编译在32位版本。）

我得到的输出如下：

[bean@fedora ~]$ ./thread_test 
[Process] getpid() = 28549
[Process] pthread_self() = 140050170017568
[Thread 2] getpid() = 28549
[Thread 2] pthread_self() = 140050161620736
[Thread 1] getpid() = 28549
[Thread 1] pthread_self() = 140050170013440
[bean@fedora ~]$

通过使用锁定的调度程序gdb，我可以使程序及其线程保持活动状态，这样我就可以捕获top所说的内容， 仅显示进程 为：

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
28602 bean      20   0 15272 1112  820 R  0.4  0.0   0:00.63 top
 2036 bean      20   0  108m 1868 1412 S  0.0  0.0   0:00.11 bash
28547 bean      20   0  231m  16m 7676 S  0.0  0.4   0:01.56 gdb
28549 bean      20   0 22688  340  248 t  0.0  0.0   0:00.26 thread_test
28561 bean      20   0  107m 1712 1356 S  0.0  0.0   0:00.07 bash

当显示线程时，说：

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
28617 bean      20   0 15272 1116  820 R 47.2  0.0   0:00.08 top
 2036 bean      20   0  108m 1868 1412 S  0.0  0.0   0:00.11 bash
28547 bean      20   0  231m  16m 7676 S  0.0  0.4   0:01.56 gdb
28549 bean      20   0 22688  340  248 t  0.0  0.0   0:00.26 thread_test
28552 bean      20   0 22688  340  248 t  0.0  0.0   0:00.00 thread_test
28553 bean      20   0 22688  340  248 t  0.0  0.0   0:00.00 thread_test
28561 bean      20   0  107m 1860 1432 S  0.0  0.0   0:00.08 bash

似乎很清楚，程序或内核与进程相比，具有一种定义线程的独特方法。每个线程根据其都有自己的PID- top为什么？

Answer 1

这些混乱的根源在于，内核开发人员最初持有一种不合理和错误的观点，即只要内核提供了一种使它们共享内存和文件描述符的方法，线程就可以几乎完全在用户空间中使用内核进程作为原语来实现。
。这导致了臭名昭著的POSIX线程的LinuxThreads糟糕的实现，这是一个错误的称呼，因为它没有提供任何与POSIX线程语义类似的东西。最终，LinuxThreads被NPTL取代（但由NPTL代替），但是仍然存在许多令人困惑的术语和误解。

首先要认识到的最重要的事情是“
PID”在内核空间和用户空间中的含义不同。内核称为PID的实际上是内核级线程ID（通常称为TID），不要与之混淆，pthread_t后者是一个单独的标识符。系统上的每个线程，无论是在同一进程中还是在不同进程中，都具有唯一的TID（或内核术语中的“
PID”）。

另一方面，在POSIX的“进程”意义上，所谓的PID在内核中称为“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），但都共享相同的TGID，该TGID等于在其中main运行的初始线程的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），因此每个线程都有一个单独的线程。

随着NPTL的到来，大多数采用PID参数或对调用 进程 起作用的系统调用都已更改为将PID视为TGID并对整个“线程组”起作用（POSIX进程）。