《趣谈linux操作系统》小结(十四) - thread_create线程创建

thread_create线程创建

线程不是一个完全由内核实现的机制，它是由内核态和用户态合作完成的。pthread_create 不是一个系统调用，是 Glibc 库的一个函数。

用户态创建线程

创建线程首先就是要设置线程的参数。

typedef struct
{
        int                       detachstate;     线程的分离状态
        int                       schedpolicy;     线程调度策略
        struct sched_param        schedparam;      线程的调度参数
        int                       inheritsched;    线程的继承性
        int                       scope;           线程的作用域
        size_t                    guardsize;       线程栈末尾的警戒缓冲区大小
        int                       stackaddr_set;
        void *                    stackaddr;       线程栈的位置
        size_t                    stacksize;       线程栈的大小
}pthread_attr_t;

就像在内核里一样，每一个进程或者线程都有一个 task_struct 结构，在用户态也有一个用于维护线程的结构，就是这个 pthread 结构。

然后就是创建一个线程栈。获取设置的栈大小，申请一段后面添加guard_size大小的空间，作为栈空间，当访问到后面guard_size的空间时报错。栈空间在线程退出后加入到缓存中get_cached_stack，新建线程首先会从缓存中获取适合的空间，否则新建。保存线程的pthread结构到栈空间里面，并且获取guard空间的大小，setup_stack_prot设置其为受保护的。然后就是初始化pthread内对应的值。最后将线程栈添加到stack_used 链表。也就是这个栈正被使用；另一个是 stack_cache，就是上面说的，一旦线程结束，先缓存起来，不释放，等有其他的线程创建的时候，给其他的线程用。线程栈的管理就是这2个链表来管理的。这个就是用户态栈的创建与管理。

内核态创建任务

继续上面的逻辑，然后是调用clone系统调用。

如果在进程的主线程里面调用其他系统调用，当前用户态的栈是指向整个进程的栈，栈顶指针也是指向进程的栈，指令指针也是指向进程的主线程的代码。此时此刻执行到这里，调用 clone 的时候，用户态的栈、栈顶指针、指令指针和其他系统调用一样，都是指向主线程的。

但是对于线程来说，这些都要变。因为我们希望当 clone 这个系统调用成功的时候，除了内核里面有这个线程对应的 task_struct，当系统调用返回到用户态的时候，用户态的栈应该是线程的栈，栈顶指针应该指向线程的栈，指令指针应该指向线程将要执行的那个函数。所以这些都需要我们自己做，将线程要执行的函数的参数和指令的位置都压到栈里面，当从内核返回，从栈里弹出来的时候，就从这个函数开始，带着这些参数执行下去。

资源赋值/设置

clone最终是调用到了do_fork函数。由于创建线程时，设置了clone_flags。所以在具体的流程中，资源不再是创建拷贝一份数据，而是对应的用户数/引用加一，内存指向原本的内存。

• files_struct 引用计数加一
• fs_struct 的用户数加一
• sighand_struct 引用计数加一
• mm直接指向了原来的 mm_struct

亲缘关系设置

使用了 CLONE_THREAD 标识位之后，使得亲缘关系有了一定的变化。如果是新进程，那这个进程的 group_leader 就是它自己，tgid 是它自己的 pid，这就完全重打锣鼓另开张了，自己是线程组的头。如果是新线程，group_leader 是当前进程的，group_leader，tgid 是当前进程的 tgid，也就是当前进程的 pid，这个时候还是拜原来进程为老大。如果是新进程，新进程的 real_parent 是当前的进程，在进程树里面又见一辈人；如果是新线程，线程的 real_parent 是当前的进程的 real_parent，其实是平辈的。

信号的处理

每个 task_struct，都会有这样一个成员变量，struct sigpending pending。这就是一个信号列表。如果这个 task_struct 是一个线程，这里面的信号就是发给这个线程的；如果这个 task_struct 是一个进程，这里面的信号是发给主线程的。整个进程里的所有线程共享一个 shared_pending，这也是一个信号列表，是发给整个进程的，哪个线程处理都一样。 子线程自己是没有独立的信号处理的？

用户态执行线程

clone系统调用返回后，会调用start_thread函数，里面调用传入的线程函数。在用户的函数执行完毕之后，会释放这个线程相关的数据。例如，线程本地数据 thread_local variables，线程数目也减一。如果这是最后一个线程了，就直接退出进程，另外 __free_tcb 用于释放 pthread。

fork和clone的区别， fork对资源的复制是深拷贝， 全部重新申请一份新的， 拷贝内容。 clone呢，只是增加引用计数，浅拷贝，共享已有的资源， 线程共享进程的数据结构。五大结构：files_struct、fs_struct、sighand_struct、signal_struct、mm_struct。

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