linux线程之linux threads

linux threads

在linux 2.6以前, pthread线程库对应的实现是一个名叫linuxthreads的lib.

linuxthreads利用前面提到的轻量级进程来实现线程, 但是对于POSIX提出的那些要求,linuxthreads除了第5点以外, 都没有实现(实际上是无能为力):

如果运行了A程序, A程序创建了10个线程, 那么在shell下执行ps命令时将看到11个A进程, 而不是1个(注意, 也不是10个, 下面会解释)

不管是kill还是pthread_kill, 信号只能被一个对应的线程所接收;

SIGSTOP/SIGCONT信号只对一个线程起作用;

还好linuxthreads实现了第5点, 我认为这一点是最重要的. 如果某个线程”挂”了, 整个进程还在若无其事地运行着, 可能会出现很多的不一致状态. 进程将不是一个整体, 而线程也不能称为线程.

或许这也是为什么linuxthreads虽然与POSIX的要求差距甚远, 却能够存在, 并且还被使用了好几年的原因吧~

但是, linuxthreads为了实现这个”第5点”, 还是付出了很多代价, 并且创造了linuxthreads本身的一大性能瓶颈.

接下来要说说, 为什么A程序创建了10个线程, 但是ps时却会出现11个A进程了. 因为linuxthreads自动创建了一个管理线程. 上面提到的”第5点”就是靠管理线程来实现的.

当程序开始运行时, 并没有管理线程存在(因为尽管程序已经链接了pthread库, 但是未必会使用多线程).

程序第一次调用pthread_create时, linuxthreads发现管理线程不存在, 于是创建这个管理线程. 这个管理线程是进程中的第一个线程(主线程)的儿子.

然后在pthread_create中, 会通过pipe向管理线程发送一个命令, 告诉它创建线程.即是说, 除主线程外, 所有的线程都是由管理线程来创建的, 管理线程是它们的父亲.于是, 当任何一个子线程退出时, 管理线程将收到SIGUSER1信号(这是在通过clone创建子线程时指定的). 管理线程在对应的sig_handler中会判断子线程是否正常退出, 如果不是, 则杀死所有线程, 然后自杀.

那么, 主线程怎么办呢?主线程是管理线程的父亲, 其退出时并不会给管理线程发信号. 于是, 在管理线程的主循环中通过getppid检查父进程的ID号, 如果ID号是1, 说明父亲已经退出, 并把自己托管给了init进程(1号进程). 这时候, 管理线程也会杀掉所有子线程, 然后自杀. 那么, 如果主线程是调用pthread_exit主动退出的呢? 按照posix的标准，这种情况下其他子线程是应该继续运行的. 于是, 在linuxthreads中, 主线程调用pthread_exit以后并不会真正退出, 而是会在pthread_exit函数中阻塞等待所有子线程都退出了, pthread_exit才会让主线程退出. (在这个等等过程中, 主线程一直处于睡眠状态.)

可见,线程的创建与销毁都是通过管理线程来完成的, 于是管理线程就成了linuxthreads的一个性能瓶颈.

创建与销毁需要一次进程间通信, 一次上下文切换之后才能被管理线程执行, 并且多个请求会被管理线程串行地执行.