Linux和Windows兩種風(fēng)格的操作系統(tǒng)，創(chuàng)建線程的方式有何不同？
上一節(jié)從C語言源代碼層面較為詳細(xì)的討論了Linux創(chuàng)建進(jìn)程的過程，其實就是創(chuàng)建進(jìn)程運行所需的內(nèi)存空間，填充描述進(jìn)程的 task_struct 結(jié)構(gòu)體，以及加載進(jìn)程的程序而已。
Linux 內(nèi)核并無專門創(chuàng)建線程的機制
我們之前提到，Linux并不特殊對待線程，在Linux看來，線程不過就是一種特殊的進(jìn)程而已。那么，Linux是如何創(chuàng)建線程的呢?
線程機制是大多數(shù)現(xiàn)代編程語言都會提供的機制，該機制允許在同一進(jìn)程的共享內(nèi)存地址空間運行一組“特殊的進(jìn)程(即線程)”。這些線程不僅共享同一段內(nèi)存空間，還可以共享已經(jīng)打開的文件，統(tǒng)計量等其他資源。線程機制支持程序并發(fā)運行，在多處理器核心的系統(tǒng)上，該并發(fā)機制能夠?qū)崿F(xiàn)多條線程同時運行。
Linux 管理線程的方式不同于其他一些經(jīng)典操作系統(tǒng)，Linux 并沒有線程的概念，它把線程當(dāng)作進(jìn)程的一個子集來管理。因此，Linux 內(nèi)核并未為線程提供額外調(diào)度算法，也沒有提供額外的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于描述和存儲線程。
就像進(jìn)程一樣，Linux 使用 task_struct 結(jié)構(gòu)體描述和記錄線程，每個線程都有唯一屬于自己的 task_struct 結(jié)構(gòu)。從這個角度來看，線程就是一個普通的進(jìn)程，只不過線程可能和其他進(jìn)程共享一些資源而已。
以 Windows 為代表的一些操作系統(tǒng)提供了專門用于創(chuàng)建線程的機制，在這些系統(tǒng)中，線程常常被稱作“輕量級進(jìn)程”，因為相對于進(jìn)程而言，線程耗費的資源較少，能夠較為迅速的創(chuàng)建和投入運行。
但是對于 Linux 而言，線程不過是進(jìn)程之間共享資源的一種手段罷了。那么是不是 Linux 中的線程比 Windows 中的線程更加“重量級”呢?也不是，因為 Linux 中的進(jìn)程本身就很輕量級，Linux 創(chuàng)建進(jìn)程所需時間，并不比 Windows 創(chuàng)建線程所需時間多多少。
從C語言代碼層面來看，假設(shè)某個進(jìn)程包含 4 個線程，以 Windows 為代表的一些操作系統(tǒng)一般會有一個包含指向 4 個不同線程的指針的進(jìn)程描述符，負(fù)責(zé)描述地址空間、打開的文件等共享資源，而線程本身再去描述自己獨占的資源。
與之對應(yīng)的，Linux 的做法很高雅，它僅需為這 4 個線程創(chuàng)建 4 個 task_struct 結(jié)構(gòu)體，然后在 task_struct 中指定它們共享的資源就可以了。
創(chuàng)建線程
看了我最近幾篇文章的讀者應(yīng)該已經(jīng)明白，Linux 內(nèi)核中的線程其實就是進(jìn)程，因此線程的創(chuàng)建與進(jìn)程的創(chuàng)建過程是類似的，從C語言源代碼層面看，基本上也是通過 fork() 函數(shù)和 exec() 函數(shù)族實現(xiàn)的。只不過在調(diào)用 clone() 函數(shù)時需要傳遞一個參數(shù)用于描述共享資源，例如：
- clone(CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND, 0);
上面這行C語言代碼和調(diào)用 fork() 函數(shù)的結(jié)果差不多，只不過輸入的幾個參數(shù)標(biāo)志位說明了子進(jìn)程與父進(jìn)程共享一些資源：地址空間、文件系統(tǒng)、打開的文件、信號處理程序。
對比一下，fork() 基本上就相當(dāng)于 clone(SIGCHLD, 0)，這也是 fork() 函數(shù)創(chuàng)建的子進(jìn)程之后不再與父進(jìn)程共享資源的原因。
關(guān)于 clone() 函數(shù)的參數(shù)標(biāo)志位，可以在Linux中輸入 man 命令查看。
Linux 內(nèi)核線程
就像用戶空間的C語言程序開發(fā)一樣，Linux 內(nèi)核也經(jīng)常需要在后臺處理數(shù)據(jù)，這時就需要借助內(nèi)核線程了。Linux 的內(nèi)核線程一般不會獨立的地址空間，它們只在內(nèi)核空間運行，不會切換到用戶空間。不過調(diào)度是和普通進(jìn)程一樣的，可以被調(diào)度和搶占。
Linux 創(chuàng)建內(nèi)核線程由 kthread_create() 函數(shù)實現(xiàn)，它的C語言源代碼如下，請看：
kthread_create() 函數(shù)的C語言源代碼
可見，kthread_create() 函數(shù)的C語言代碼并不長，而且也可以看出，Linux 內(nèi)核線程是通過 kthread_create_info 結(jié)構(gòu)體描述的，它的定義C語言代碼如下，可見，內(nèi)核線程的描述和存儲也是包含 task_struct 結(jié)構(gòu)體的：
包含 task_struct 結(jié)構(gòu)體
kthread_create() 函數(shù)創(chuàng)建名為 namefmt 的線程，不過線程被創(chuàng)建后是處于不可運行狀態(tài)的，我們可以通過 wake_up_process() 函數(shù)喚醒它。當(dāng)然，也可以通過 kthread_run() 方法實現(xiàn)這一過程，相關(guān)的C語言代碼如下，請看：
相關(guān)的C語言代碼
其實就是將 kthread_create() 函數(shù)和 wake_up_process() 函數(shù)組合到一起而已。Linux 的內(nèi)核線程被啟動后，會一直運行到調(diào)用 do_exit() 退出。我們也可以調(diào)用 kthread_stop() 函數(shù)提前結(jié)束它，相關(guān)的C語言代碼如下，請看：
kthread_stop() 函數(shù)
kthread_stop() 函數(shù)接收的參數(shù)為 kthread_create() 函數(shù)創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)體的 task_struct 成員。從C語言代碼可以看出，kthread_stop() 其實也是會調(diào)用 wake_up_process() 函數(shù)喚醒線程的，它在喚醒線程后，會等待線程函數(shù)退出，并不會調(diào)用 threadfn() 函數(shù)。
這里需要注意，如果創(chuàng)建的線程函數(shù) threadfn() 調(diào)用了 do_exit() 函數(shù)，最好就不要再調(diào)用 kthread_stop() 函數(shù)了。
kthread_stop() 函數(shù)等待線程退出是通過 wait_for_completion() 函數(shù)實現(xiàn)的，相關(guān)的C語言代碼如下，請看：
wait_for_completion() 函數(shù)
稍稍跟蹤一下C語言代碼，發(fā)現(xiàn)其實這一等待過程是由 do_wait_for_common()函數(shù)實現(xiàn)的，它的C語言代碼如下，請看：
do_wait_for_common()函數(shù)
還是比較清晰的，這里就不再贅述了。至此，我們就了解了Linux內(nèi)核是如何創(chuàng)建線程并投入運行，以及如何結(jié)束內(nèi)核線程的了。
小結(jié)
本節(jié)主要討論了 Linux 內(nèi)核中的線程的創(chuàng)建，應(yīng)該能夠看出，其實核心還是圍繞對 task_struct 結(jié)構(gòu)的管理，這與管理進(jìn)程并無過多區(qū)別。因此，說Linux中的線程只是一種特殊的進(jìn)程，一點也不為過。
