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关于Linux的线程与进程学院：计算机科学学院班级：计科10904班学号：201110043姓名：王成龙一、什么是进程直观点说，保存在硬盘上的程序运行以后，会在内存空间里形成一个独立的内存体，这个内存体有自己的地址空间，有自己的堆，上级挂靠单位是操作系统。操作系统会以进程为单位，分配系统资源，所以我们也说，进程是资源分配的最小单位。二、什么是线程线程存在与进程当中，是操作系统调度执行的最小单位。说通俗点，线程就是干活的。三、进程和线程的区别与联系如果说进程是一个资源管家，负责从主人那里要资源的话，那么线程就是干活的苦力。一个管家必须完成一项工作，就需要最少一个苦力，也就是说，一个进程最少包含一个线程，也可以包含多个线程。苦力要干活，就需要依托于管家，所以说一个线程，必须属于某一个进程。进程有自己的地址空间，线程使用进程的地址空间，也就是说，进程里的资源，线程都是有权访问的，比如说堆啊，栈啊，静态存储区什么的。线程就是个无产阶级，但无产阶级干活，总得有自己的劳动工具吧，这个劳动工具就是栈，线程有自己的栈，这个栈仍然是使用进程的地址空间，只是这块空间被线程标记为了栈。每个线程都会有自己私有的栈，这个栈是不可以被其他线程所访问的。四、一个牛叉的函数 - 创建进程和线程的基础Linux下进程和线程的创建都是通过clone实现的.clone函数功能强大，带了众多参数，clone可以让你有选择性的继承父进程的资源，你可以选择想vfork一样和父进程共享一个虚存空间，从而创造的是线程，你也可以不和父进程共享，你甚至可以选择创造出来的进程和父进程不再是父子关系，而是 兄弟关系。先有必要说下这个函数的结构int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg);这里fn是函数指针，我们知道进程的4要素，这个就是指向程序的指针, child_stack是为子进程分配系统堆栈空间（在linux下系统堆栈空间是2页面，就是8K的内存，其中在这块内存中，低地址上放入了值，这个值就是进程控制块task_struct的 值）,flags就是标志用来描述你需要从父进程继承那些资源， arg就是传给子进程的参数）。下面是flags可以取的值标志 含义CLONE_PARENT 创建的子进程的父进程是调用者的父进程，新进程与创建它的进程成了兄弟而不是父子CLONE_FS 子进程与父进程共享相同的文件系统，包括root、当前目录、umaskCLONE_FILES 子进程与父进程共享相同的文件描述符（file descriptor）表CLONE_NEWNS 在新的namespace启动子进程，namespace描述了进程的文件hierarchyCLONE_SIGHAND 子进程与父进程共享相同的信号处理（signal handler）表CLONE_PTRACE 若父进程被trace，子进程也被traceCLONE_VFORK 父进程被挂起，直至子进程释放虚拟内存资源CLONE_VM 子进程与父进程运行于相同的内存空间CLONE_PID 子进程在创建时PID与父进程一致CLONE_THREAD Linux 2.4中增加以支持POSIX线程标准，子进程与父进程共享相同的线程群下面的例子是创建一个线程（子进程共享了父进程虚存空间，没有自己独立的虚存空间不能称其为进程）。父进程被挂起当子线程释放虚存资源后再继续执行。#include #include #include #define FIBER_STACK 8192int a;void * stack;int do_something() printf(This is son, the pid is:%d, the a is: %dn, getpid(), +a); free(stack); exit(1);int main() void * stack; a = 1; /为子进程申请系统堆栈 stack = malloc(FIBER_STACK); if(!stack) printf(The stack failedn); exit(0); printf(creating son thread!n); clone(&do_something, (char *)stack + FIBER_STACK, CLONE_VM|CLONE_VFORK, 0); printf(This is father, my pid is: %d, the a is: %dn, getpid(), a); exit(1);asmlinkage int sys_vfork(struct pt_regs regs) return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, regs.esp, s, 0);asmlinkage int sys_fork(struct pt_regs regs) return do_fork(SIGCHLD, regs.esp, s, 0);asmlinkage int sys_clone(struct pt_regs regs) unsigned long clone_flags; unsigned long newsp; clone_flags = regs.ebx; newsp = regs.ecx; if (!newsp) newsp = regs.esp; return do_fork(clone_flags, newsp, s, 0);关于fork, vfork,和clone的底层实现asmlinkage int sys_vfork(struct pt_regs regs) return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, regs.esp, s, 0);asmlinkage int sys_fork(struct pt_regs regs) return do_fork(SIGCHLD, regs.esp, s, 0);asmlinkage int sys_clone(struct pt_regs regs) unsigned long clone_flags; unsigned long newsp; clone_flags = regs.ebx; newsp = regs.ecx; if (!newsp) newsp = regs.esp; return do_fork(clone_flags, newsp, s, 0);这里可以看到它们都是对do_fork的调用，不过是参数不同而已.其中最重要的是 clone_flags参数, clone_flags由2部分组成，最低字节为信号类型，用于规定子进程去世时向父进程发出的信号。fork和vfork中这个信号就是SIGCHLD，而clone则可以由用户自己定义。高字节部分表示子进程从父进程继承哪些资源，fork的clone_flags参数的第2部分全部是0表示对所有资源都要复制给子进程。而vfork的参数是 (CLONE_VFORK | CLONE_VM), 表示子进程和父进程共享虚存内存CLONE_VFORK让父进程挂起, 直到子进程退出，至于clone则是由用户自己来定义的.五、pthread_create的实现pthread_create是基于clone实现的, 创建出来的其实是进程, 但这些进程与父进程共享很多东西,共享的东西都不用复制给子进程, 从而节省很多开销, 因此,这些子进程也叫轻量级进程(light-weight process)简称LWP. 每个LWP都会与一个内核线程绑定, 这样它就可以作为独立的调度实体参与cpu竞争. 如下图所示:LWP被pthread封装后, 以线程面目示人, 它有自己的id, 这里要区分phtread_create给LWP分配的id, 和操作系统给LWP分配的进程id. 这两者是不同的, 前者用于标志线程,可以暴露给用户, 后者其实就是进程的id, 它没有暴露出来, 必须通过系统调用来得到. 下面的例子演示了如何获取LWP的进程id 六、现出LWP的进程id#include #include #include #include #include #include #define N 5pid_t gettid() /直接使用224代替_NR_gettid也可以 return syscall(_NR_gettid);void *thread_func(void *arg) printf(thread started, pid = %dn, gettid(); while (1) sleep(1); int main(void) int i; pthread_t tidN; for (i = 0; i N; i+) pthread_create(&tidi, NULL, thread_func, NULL); sleep(1); for (i = 0; i N; i+) printf(tid = %lun, tidi); while (1) sleep(1); return 0;#include #include #include #include #include #include #define N 5pid_t gettid() /直接使用224代替_NR_gettid也可以 return syscall(_NR_gettid);void *thread_func(void *arg) printf(thread started, pid = %dn, gettid(); while (1) sleep(1); int main(void) int i; pthread_t tidN; for (i = 0; i N; i+) pthread_create(&tidi, NULL, thread_func, NULL); sleep(1); for (i = 0; i gcc lwp.c -o lwp -lpthreadwork ./lwpthreadstarted, pid =12248 threadstarted, pid =12249threadstarted, pid =12250 threadstarted, pid =12251 threadstarted, pid =12252 tid = 3078187888tid = 3069795184tid = 3061402480tid = 3053009776tid = 3044617072ps ax12247 pts/1 Sl+ 0:00 ./lwp12259 pts/3 R+ 0:00 ps axwork ps -Lf 12247UID PID PPID LWP C NLWP STIME TTY STAT TIME CMDkenby 12247 3758 12247 0 6 20:22 pts/1 Sl+ 0:00 ./lwpkenby 12247 3758 12248 0 6 20:22 pts/1 Sl+ 0:00 ./lwpkenby 12247 3758 12249 0 6 20:22 pts/1 Sl+ 0:00 ./lwpkenby 12247 3758 12250 0 6 20:22 pts/1 Sl+ 0:00 ./lwpkenby 12247 3758 12251 0 6 20:22 pts/1 Sl+ 0:00 ./lwpkenby 12247 3758 12252 0 6 20:22 pts/1 Sl+ 0:00 ./lwp此程序创建了5个线程, 但有6个LWP, 因为主线程也包含在里面, 主线程的线程id和进程id相同, 然后这6个线程的进程id都相同, 因为他们属于同一个进程.七、关于内核态和用户态核心态可以执行特权指令,但用户态只能执行非特权指令.这是如何实现的呢?Linux将内核程序和用户程序分开处理，分别运行在用户态和核心态。以32位x86架构为例，虚拟空间共4G，高地址的1G为系统程序运行的核心栈，低地址的3G空间为用户程序运行