Linux线程概况

PCB（progress control block）与进程分配资源

PCB（progress control block），进程控制块。
当一个可执行程序被系统执行了以后，就变成了一个进程。

那么这个进程中到底有什么东西呢？
系统究竟给这个进程分配了哪些资源？
另外，进程在内存中的存储是怎么样的？
对于一个进程，它在被执行前其实是一个可执行程序。这个程序是被放在磁盘上的，当它要被执行的时候，它先被加载到内存当中，然后再放入到寄存器中，最后再让cpu执行该程序，这个时候一个静态的程序就变成了进程。

那么操作系统是怎么来管理这些进程的呢？
操作系统通过一个双向链表把进程连起来。
但是，对于进程其实它是一个抽象的概念，系统肯定要通过一个东西来描述进程，然后才能管理进程。于是PCB就出来了，操作系统通过PCB来描述进程，于是这个双向链表连接的其实是PCB。

这个PCB是个什么玩意？
它就是一个结构体，用来描述进程，在Linux下，就是task_struct结构体。

基本概念

LWP

light weight process 轻量级的进程，本质仍是进程(在Linux环境下)

进程

独立地址空间，拥有PCB，最小分配资源单位，可看成是只有一个线程的进程。

线程

也有PCB，但没有独立的地址空间(共享)，Linux下最小的执行单位，调度的基本单位。

进程和线程区别

在于是否共享地址空间。
独居(进程)
合租(线程)。

Linux内核线程实现原理

历史

类Unix系统中，早期是没有“线程”概念的，80年代才引入，借助进程机制实现出了线程的概念。因此在这类系统中，进程和线程关系密切。

进程和线程是都有各自不同的PCB

轻量级进程(light-weight process)，也有PCB，创建线程使用的底层函数和进程一样，都是clone。
从内核里看进程和线程是一样的，都有各自不同的PCB，但是PCB中指向内存资源的三级页表是相同的。

进程可以蜕变成线程。

线程可看做寄存器和栈的集合。

在linux下，线程最是小的执行单位；进程是最小的分配资源单位。

察看LWP号：ps –Lf pid 查看指定线程的lwp号。

进程的目录、页表、物理页面各不相同

对于进程来说，相同的地址(同一个虚拟地址)在不同的进程中，反复使用而不冲突。原因是他们虽虚拟址一样，但，页目录、页表、物理页面各不相同。相同的虚拟址，映射到不同的物理页面内存单元，最终访问不同的物理页面。

三级映射：进程PCB --> 页目录(可看成数组，首地址位于PCB中) --> 页表 --> 物理页面 --> 内存单元
–参考：《Linux内核源代码情景分析》 ----毛德操

线程之间共享同一个页目录

两个线程具有各自独立的PCB，但共享同一个页目录，也就共享同一个页表和物理页面。所以两个PCB共享一个地址空间。

创建进程或者创建线程底层都是调用内核函数clone

实际上，无论是创建进程的fork，还是创建线程的pthread_create，底层实现都是调用同一个内核函数clone。

Linux内核是不区分进程和线程的

如果复制对方的地址空间，那么就产出一个“进程”；
如果共享对方的地址空间，就产生一个“线程”。
因此Linux内核是不区分进程和线程的。
只在用户层面上进行区分。所以，线程所有操作函数 pthread_* 是库函数，而非系统调用。

线程共享资源

1.文件描述符表
2.每种信号的处理方式
3.当前工作目录
4.用户ID和组ID
5.内存地址空间 (.text/.data/.bss/heap/共享库)

线程非共享资源

1.线程id
2.处理器现场和栈指针(内核栈)
3.独立的栈空间(用户空间栈)
4.errno变量
5.信号屏蔽字
6.调度优先级

线程优、缺点

优点： 1. 提高程序并发性 2. 开销小 3. 数据通信、共享数据方便
缺点： 1. 库函数，不稳定 2. 调试、编写困难、gdb不支持 3. 对信号支持不好
优点相对突出，缺点均不是硬伤。Linux下由于实现方法导致进程、线程差别不是很大

参考资料

https://blog.csdn.net/qq_22847457/article/details/89371217
https://blog.csdn.net/qq_22847457/article/details/90291051
《Linux内核源代码情景分析》