內核如何將線程與進程分開

Question

假設我有一個像Firefox這樣的瀏覽器進程，它有pid = 123. Firefox有5個打開的標簽，每個標簽都在一個單獨的線程中運行，所以它總共有5個線程。

1. 所以我想深入了解內核如何將進程分離到要在struct task_struct或thread_info中執行的線程。

2. 與struct task_struct類似，是任務列表的任務描述符。 struct task_struct在哪里包含對這五個線程的引用或鏈接。

3. 像Firefox這樣的進程的struct thread_struct是否包含對所有5個線程的引用

   要么

   每個線程都被視為Linux內核中的進程。

Answer 1

與Windows不同，Linux在內核中沒有“線程”的實現。 內核為我們提供了有時稱為“輕量級進程”的東西，它們是“進程”和“線程”概念的概括，可以用來實現。

當您閱讀內核代碼並且一方面看到諸如thread_struct之類的thread_struct ，另一方面看到pid （進程ID）時，可能會thread_struct感到困惑。 實際上，兩者都是同一個。 不要被術語混淆。

每個輕量級進程都有一個完全不同的thread_info和task_struct （帶有嵌入式thread_struct ）。 您似乎認為一個輕量級進程的task_struct應該指向同一（用戶空間）“進程”中其他（用戶空間）“線程”的task_struct 。 不是這種情況。 在內核中，每個“線程”都是一個單獨的進程，調度程序分別處理每個“線程”。

Linux有一個名為clone的系統調用，用於創建新的輕量級進程。 調用clone ，必須提供各種標志，指示新進程與現有進程之間將共享的內容。 他們可以共享他們的地址空間，或者他們每個人都可以擁有不同的地址空間。 他們可以共享他們的打開文件，或者他們每個人都有自己的打開文件列表。 他們可以共享信號處理程序，也可以各自擁有自己的信號處理程序。 它們可以位於相同的“線程組”中，也可以位於不同的線程組中。 等等...

雖然“線程”和“進程”在Linux中是相同的，但是您可以通過使用clone創建不共享其地址空間，打開文件，信號處理程序等的進程來實現我們通常認為的“進程”。

您還可以通過使用clone創建共享其地址空間，打開文件，信號處理程序等的進程來實現我們通常認為的“線程”。

如果你看一下task_struct的定義，你會發現它有指向其他結構的指針，例如mm_struct （地址空間）， files_struct （打開文件）， sighand_struct （信號處理程序）等等。 clone新的“進程”時，將復制所有這些結構。 當您clone一個新的“線程”時，這些結構將在新舊task_struct之間共享 - 它們將指向相同的mm_struct ，相同的files_struct ，依此類推。 無論哪種方式，您只是提供不同的標記來clone ，告訴它要復制什么，以及分享什么。

我剛剛提到了上面的“線程組”，所以你可能會對此感到好奇。 簡而言之，“進程”中的每個“線程”都有自己的PID，但它們都共享相同的TGID（線程組ID）。 TGID都等於第一個程序線程的PID。 用戶空間“PID”，如ps或/proc ，實際上是內核中的“TGID”。 當然， clone有一個標志來確定一個新的輕量級進程是否會有一個新的TGID（因此將它放在一個新的“線程組”中）。

UNIX進程也有“父”和“子”。 Linux task_struct有一些指針用於實現父子關系。 而且，正如您可能已經猜到的那樣， clone有一個標志來確定新輕量級進程的父級是什么。 它可以是其稱為進程clone ，或者是所謂的進程的父 clone 。 你能弄清楚在創建“進程”時使用了哪個，在創建“線程”時使用了哪個？

查看手冊頁進行clone ; 這將是非常有教育意義的。 也可以嘗試strace上采用並行線程看到一個節目clone使用。

（其中很多都是從記憶中寫出來的;其他人可以根據需要隨意修改）