[LKD/Linux 内核] Linux 中的历程, 线程

发表于 2026-2-20 06:43:57

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Linux 3.2 历程, 线程

媒介

注意: 本文章默认你学过利用体系的历程部门,相识历程的概念.
我们都知道, 在 Linux 中, 我们利用 LWP 来形貌线程, 即不区分线程/历程, 同一用 task_struct 形貌它.
但是在 Linux 中, 线程, 历程, 历程组实际上还是有点区别的.
这篇文章来聊聊历程, 线程.
1.Linux 的 task_struct

1.1 task_struct 布局体先容

如 LKD 中所讲的, Linux 接纳 task_struct 来形貌历程.

固然, 这只是简写. 实际上, Linux 的 task_struct 要比文章中写的复杂的多. 每个字段的用途, 到时间穿插在其他文章讲吧, 一次性摆在这会容易绕晕.
1.2 CPU核心怎样获取当进步程的的 task_struct?

答案藏在之前所讲的 current_thread_info 内里.

struct thread_info {
struct task_struct *task;
//...
}

复制代码

之前文章讲过, 在 x86_64 中, thread_info 存在于当前 CPU 核心的内核栈中, 而 current_thread_info 就是获取这个变量.
那我们只须要实行以下代码, 就可以获取当前正在实行的 task_struct 了:

struct task_struct* tsk = current_thread_info()->task;

复制代码

2.Linux 中的历程链表

起首我们要研究的就是 task_struct 中的如下几个字段.

struct task_struct {
struct list_head sibling; //兄弟节点
struct list_head children; //孩子节点
struct list_head real_parent; //创建时候的父进程
struct list_head parent; //更准确的说, 这个是负责接收收尸信号 SIGCHLD 的进程
struct signal_struct signal; //后面要考
};

复制代码

每个字段的作用, 都在上面解释的很清楚了.
在 Linux 中, 历程以树的方式构造起来。
不外,这棵树的构造方式有点特殊, 是长如许的...

图中连着的节点, 就是list_head.
这个 list_head 是一个链表节点, 是嵌在 task_struct 中的.
内核获取到这个 list_head 对象后, 可以直接利用 container_of 宏来获取包罗它的布局体, 也就是说, 你我们可以这么干:

struct task_struct* tsk = container_of(sibling);

复制代码

此时, sibling 链表节点就相称于一个身份牌, 我们只须要通过遍历链表, 来知道这个身份牌, 然后利用 container_of 宏就可以通过这个身份牌获取到整个历程信息.
关于这方面的表明, 可以见我关于数据布局的blog, 我先挖个坑吧(好吧, 一样寻常挖坑)
3.线程

在 LKD 中是这么形貌线程的:

对, 在调治器的眼中, 线程就是 共享地点空间, 共享打开文件表, 共享文件体系, 共享信号 的历程. task_struct是加入调治的最小单元.
但是, 这只是在调治器的眼中, 既然是线程, 那肯定会做一些特殊处置处罚, 而且肯定会以某种希奇的方式存在于历程中.
为了探究这些, 让我们看一下 fork 的此中几行源代码(正确的说, 是 copy_process):

if (clone_flags & CLONE_THREAD) {//线程组
current->signal->nr_threads++; //持有信号的总线程数量+1
atomic_inc(&current->signal->live); //存活线程+1
atomic_inc(&current->signal->sigcnt); //此结构体的引用计数+1
p->group_leader = current->group_leader; //设置线程组的组长
list_add_tail_rcu(&p->thread_group, &p->group_leader->thread_group);
//thread_group加入线程组链表，方便内核foreach同一线程组内的所有线程
}

复制代码

信赖你们第一看到这个代码的时间, 估计整个人都懵了吧, 反正我是懵了:
current->signal是什么鬼??? thread_group又是什么鬼???
答案就在---
4. 线程组和历程

对, 没想到吧? Linux 中, 历程实际上就是一组线程, 换句话说, 一个线程组.
而线程组那肯定就得有一个组长(group_leader), 而这个组长, 就代表整个组, 也就是历程. 在 Linux 中, 有一个函数, 可以判定一个 task_struct 是不是历程(更正确的说, 线程组的组长):

static inline bool thread_group_leader(struct task_struct *p);

复制代码

4.1 这个线程组的组员存在哪?

那其他不是组长的历程, 存在哪呢?
误区: 上面的 sibling, parent 等成员都形貌的是历程. 线程是不能存在这些链表中的.
对于线程, task_struct有一个专门的链表来存放这些线程:

struct task_struct {
struct list_head thread_group; //线程组
};

复制代码

全部历程的子线程, 都会存放在这. 而子线程添加线程组的代码, 位于上面所形貌的这行:

INIT_LIST_HEAD(&p->thread_group);
//...
if (clone_flags & CLONE_THREAD) //线程组
list_add_tail_rcu(&p->thread_group, &p->group_leader->thread_group);
//thread_group加入线程组链表，方便内核foreach同一线程组内的所有线程

复制代码

4.2 signal_struct->live又是什么鬼?

然后, 尚有一点, 就是必须有一堆布局体, 来管理线程组, 此中有一个布局体是长如许的

struct signal_struct {
atomic_t sigcnt; //对结构体的引用计数?
atomic_t live; //还有多少个活着的进程?
//...
}

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关于引用计数 sigcnt, 这个涉及到另一个主题--资源引用计数.
这个布局体说来话长, 原来是管信号的. 背面开发者发现这个布局体的一些其他的东西可以用来管历程本身, 于是顺带就拿来管理历程了, 比方这个 live 变量, 就是线程组中剩下的线程的数量.
这个 live 变量在初始化的时间, 在 copy_signal 函数里:

static int copy_signal(unsigned long clone_flags, struct task_struct *tsk)
{
struct signal_struct *sig;
if (clone_flags & CLONE_THREAD) //状态是线程
return 0; //不予初始化
sig = kmem_cache_zalloc(signal_cachep, GFP_KERNEL); //分配内存块
tsk->signal = sig; //设置信号
if (!sig)
return -ENOMEM;
sig->nr_threads = 1; //初始化为1
atomic_set(&sig->live, 1); //存活进程为1
atomic_set(&sig->sigcnt, 1); //进程信号为1
//...
}

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如图, 这玩意在 tsk 为历程的时间, 压根不给机遇初始化, 以是也不会举行 live 和 sigcnt 的设置.
而在 copy_process 中, 才会对线程的 live 和 sigcnt 做自增:

if (clone_flags & CLONE_THREAD) {//线程
current->signal->nr_threads++; //持有信号的总线程数量+1
atomic_inc(&current->signal->live); //存活线程+1
atomic_inc(&current->signal->sigcnt); //此结构体的引
//...
}

复制代码

于是, 就有了上面的代码.
那你大概会问了:
5. 父子历程是怎样关联的? pid, tgid到底是什么?

还是在 copy_process 中, 有几行很风趣的代码:

p->pid = pid_nr(pid);
p->tgid = p->pid;
if (clone_flags & CLONE_THREAD) //线程
p->tgid = current->tgid; //线程的tgid是父亲进程
//...
if (clone_flags & (CLONE_PARENT|CLONE_THREAD)) {
p->real_parent = current->real_parent;
} else {
p->real_parent = current;
}

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起首来看上面的代码, 它貌似给每个历程都分配了 pid, 但是这个着实并不是我们用户态下看到的pid. 在线程的语境下, 这个着实是线程的 tid(线程ID) .
而我们在用户态下看到的 pid, 实际上是 线程组ID(tgid). 以是, 你会看到当 CLONE_THREAD 的时间, 它 tgid 是当进步程的 pid(过细想想, 就清楚了, 如许能包管 子线程创建子线程的场景也能得到历程的pid).
下面的代码处置处罚了一个什么环境呢? 当p是线程的时间, 父历程的语义就变了, 酿成线程组长的父历程, 此时如今, 全部子线程(纵然是子线程嵌套子线程)和主线程是兄弟关系.
The End

由此, 我们可以得出如许的一个 Linux 历程树模子:

本期文章写到这, 感谢各人的观看哦~萌新初涉 Linux 内核, 有错误也请多多指正~
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作者: Sudo-su-Bash (Alien-Bash)
发布时间: 2026-02-18
原文链接:

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