Linux2.6内核实现的是NPTL
NPTL是一个1×1的线程模型，即一个线程对于一个操作系统的调度进程，优点是非常简单。而其他一些操作系统比如Solaris则是MxN的，M对应创建的线程数，N对应操作系统可以运行的实体。(N<M)，优点是线程切换快，但实现稍复杂
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Linux2.6内核实现的是NPTL线程模型，依然是用进程来模拟线程，但新引入了线程组(进程组)的概念，使得实现效率更好。
在2.4内核中，不存在线程组的概念，当运行一个多线程得程序时，使用ps命令，可以看到有许多个进程，在ps命令看来，线程基本上是等同于进程，在信号处理中，情况也是如此，只有指定进程号的线程，可以接收到信号。在2.6内核中引入了线程组的概念，在2.6内核中，如果使用ps命令看，一个多线程的进程，只会显示一个进程，在给线程组中的任何一个线程发送信号的时候，整个线程组中的进程都能收到信号。
在内核task_struct中相关字段如下（位于include/linux/sched.h）：
代码: 全选
937 struct task_struct
{
...993
pid_t pid;994
pid_t tgid; ...1013 struct task_struct *group_leader; /* threadgroup leader
*/
...1017
struct list_head thread_group; ...1198 };
pid，从字面上是process id，但其实是thread id。
tgid，从字面上，应该是thread group
id，也就是真正的process
id。
这一点，可以从系统调用getpid和gettid中看出来（位于kernel/timer.c）。
代码: 全选
954 asmlinkage long
sys_getpid(void)955 {956 return current->tgid;957 }1100 asmlinkage long
sys_gettid(void)1101 {1102 return current->pid;1103 }
group_leader字段，指向线程组中的第一个线程，创建第一个线程的时候，group_leader指向自己，创建其后的线程时，指向第一个线程的task_struct结构；
thread_group，当前进程所有线程的队列，对于group_leader，这是个队列头，对于其后的进程而言，通过这个字段，挂入队列中，可以通过此队列，遍历所有线程。
线程组中各个线程的关系，是在do_fork中设定的，具体的代码在copy_process中（位于kernel/fork.c）：代码: 全选
959
copy_process()960 { ...1112 p->tgid = p->pid;1113 if (clone_flags &
CLONE_THREAD)1114 p->tgid = current->tgid; ...1181 p->group_leader =
p;1182
INIT_LIST_HEAD(&p->thread_group); ...1234 if (clone_flags &
CLONE_THREAD) {1235 p->group_leader =
current->group_leader;1236 list_add_tail_rcu(&p->thread_group,
&p->group_leader->thread_group); ...1252 }1254 if (likely(p->pid))
{
...1259
if (thread_group_leader(p)) {
...1266
list_add_tail_rcu(&p->tasks,
&init_task.tasks); ...1268 } ...1271 } ...1320 }
1113-1114行说明在创建线程时，从父进程获取tgid，表明他们在同一个线程组中；1181-1182则对group_leader和thread_group初始化，对于第一个线程，则group_leader就是它自己；1234-1236行，将新创建的线程的group_leader设置成为父进程得group_leader，无论父进程是不是线程组中的第一个线程，它的group_leader都是指向第一个线程的task_struct，同时通过thread_group字段，挂入到第一个线程的thread_group队列中；1266行表明只有线程组中的第一个线程，才会通过tasks字段，挂入到init_task队列中。
在引入线程组概念后，退出部分也引入了一个新的系统调用exit_group（位于kernel/exit.c）
1055 NORET_TYPE
void
1056 do_group_exit(int
exit_code)
1057 {
1058 BUG_ON(exit_code
& 0x80); /* core dumps don‘t get here
*/
1059
1060 if
(current->signal->flags & SIGNAL_GROUP_EXIT)
1061
exit_code = current->signal->group_exit_code;
1062
else if (!thread_group_empty(current)) {
1063 struct
signal_struct *const sig = current->signal;
1064
struct sighand_struct *const sighand =
current->sighand;
1065
spin_lock_irq(&sighand->siglock);
1066 if
(sig->flags & SIGNAL_GROUP_EXIT)
1067 /*
Another thread got here before we took the lock. */
1068
exit_code = sig->group_exit_code;
1069 else
{
1070 sig->group_exit_code =
exit_code;
1071
zap_other_threads(current);
1072 }
1073
spin_unlock_irq(&sighand->siglock);
1074
}
1075
1076
do_exit(exit_code);
1077 /* NOTREACHED
*/
1078 }
在1060行中，current->signal其实是线程组中所有线程共享的，对于调用exit_group的那个线程，如果是一个多线程的进程，就会进入1062-1074这部分代码，如果是单线程，则直接进入do_exit退出进程。这部分代码的主要操作在zap_other_threads中（位于kernel/signal.c）
void zap_other_threads(struct
task_struct *p)
982
{
983 struct task_struct *t;
984
985 p->signal->flags =
SIGNAL_GROUP_EXIT;
986 p->signal->group_stop_count =
0;
987
988 if
(thread_group_empty(p))
989
return;
990
991 for (t = next_thread(p); t
!= p; t = next_thread(t)) {
992 /*
993
* Don‘t bother with already dead threads
994
*/
995 if (t->exit_state)
996
continue;
997
998 /* SIGKILL will be
handled before any pending SIGSTOP */
999
sigaddset(&t->pending.signal, SIGKILL);
1000
signal_wake_up(t, 1);
1001 }
1002
}
next_thread定义在include/linux/sched.h中，如下
651 static inline struct task_struct
*next_thread(const struct task_struct *p)
1652 {
1653 return
list_entry(rcu_dereference(p->thread_group.next),
1654
struct task_struct, thread_group);
1655
}
其实就是通过task_struct中的thread_group队列来遍历线程组中的所有线程。
在其中，会在signal->flags中设置SIGNAL_GROUP_EXIT，同时，搜索线程组中所有进程，在每个线程中挂上一个SIGKILL信号，这样，当那些线程调度到运行的时候，就会处理SIGKILL信号，对于SIGKILL信号的处理，会调用do_group_exit，不过，当这次调用到do_group_exit的时候，将运行到1061行，然后就到了1076行的do_exit。这样，当线程组中的每个线程都运行过一遍后，整个线程组就退出了。
POSIX Thread Library (NPTL)使Linux内核可以非常有效的运行使用POSIX线程标准写的程序。这里有一个测试数据，在32位机下，NPTL成功启动100000个线程只用了2秒，而不使用NPTL将需要大约15分钟左右的时间。
历史
在内核2.6以前的调度实体都是进程，内核并没有真正支持线程。它是能过一个系统调用clone()来实现的，这个调用创建了一份调用进程的拷贝，跟fork()不同的是,这份进程拷贝完全共享了调用进程的地址空间。LinuxThread就是通过这个系统调用来提供线程在内核级的支持的(许多以前的线程实现都完全是在用户态，内核根本不知道线程的存在)。非常不幸的是，这种方法有相当多的地方没有遵循POSIX标准，特别是在信号处理，调度，进程间通信原语等方面。
很显然，为了改进LinuxThread必须得到内核的支持，并且需要重写线程库。为了实现这个需求，开始有两个相互竞争的项目：IBM启动的NGTP(Next Generation POSIX Threads)项目，以及Redhat公司的NPTL。在2003年的年中，IBM放弃了NGTP，也就是大约那时，Redhat发布了最初的NPTL。
NPTL最开始在redhat linux 9里发布，现在从RHEL3起内核2.6起都支持NPTL，并且完全成了GNU C库的一部分。
设计
NPTL使用了跟LinuxThread相同的办法，在内核里面线程仍然被当作是一个进程，并且仍然使用了clone()系统调用(在NPTL库里调用)。但是，NPTL需要内核级的特殊支持来实现，比如需要挂起然后再唤醒线程的线程同步原语futex.
NPTL也是一个1*1的线程库，就是说，当你使用pthread_create()调用创建一个线程后，在内核里就相应创建了一个调度实体，在linux里就是一个新进程，这个方法最大可能的简化了线程的实现。
除NPTL的1*1模型外还有一个m*n模型，通常这种模型的用户线程数会比内核的调度实体多。在这种实现里，线程库本身必须去处理可能存在的调度，这样在线程库内部的上下文切换通常都会相当的快，因为它避免了系统调用转到内核态。然而这种模型增加了线程实现的复杂性,并可能出现诸如优先级反转的问题，此外，用户态的调度如何跟内核态的调度进行协调也是很难让人满意。
本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/guosha/archive/2008/09/22/2960186.aspx
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有一个问题一直没有想清楚，请教牛人，谢谢。
资源描述：
系统环境：4个CPU, linux2.6内核，NPTL，SMP。
问题：
(进程是资源单元；线程是执行单元。)
一个进程拥有4个线程，这4个线程同时在4个CPU上运行。
问1：系统的调度单位是进程还是线程呢？(针对linux2.6内核)；
问2：如果调度单位是线程，每个线程都应该运行在同一个进程的上下文中，如果这样的话就需要对进程上下文加锁；同时如果有其他进程的线程也运行在同一个CPU上，那么进程的上下文切换会非常频繁？
如果调度单位是进程，又没有办法解释同一个进程中的4个线程同时跑在4个CPU上？
问3：看到一篇文章说“SMP的负载均衡是按进程数计算的”不知道是否正确。
如果正确，同一个进程的所有线程应该分配到同一个CPU上，不解？
答：
| 问题1: linux内核中的调度单位总是一个进程。但是内核中有对线程的支持。 问题2: 既然在linux的线程就是一个进程.就不存在什么所有线程都在同一进程上下文。而且这个观点是错误的。一个线程是什么？线程只是一个进程的子集。也就是说是一个进程上下文的子集。而且每个线程的上下文的很少有交集。除非两个线程之间需要通信。linux中进程所传建的线程本质就是进程。只不过这些子进程和父进程看到的都是同一地址空间，共享资源。 恢复一个线程的运行只需要恢复线程上下文。既然是线程在运行,何来进程上下文？ 线程的实现方式不同.但原理本质一样。 既然linux的调度单位是进程,而线程又是以进程实现的.所以进程的四个线程在4个CPU上同时运行是可能的.只要不存在互斥。 问题3: 这个是高级问题... 不清楚...楼主可以goolge下.应该很多文章和论文的。 |
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