Linuxのプロセスとスレッドの区別

Question

this answerとRobert Loveの "Linux Kernel Development"を読んだ後、clone()システムコールで、Linuxのプロセスとスレッドが（ほとんど）カーネルと区別できないことがわかりました。それらの間にはいくつかの調整があります（引用されたSOの質問では、「より多くの共有」または「少ない共有」として議論されています）。

私は最近、いくつかのPOSIXスレッドを含むプログラムに取り組み、この前提を実験することに決めました。 2つのスレッドを作成するプロセスでは、すべてのスレッドはpthread_self()、ただしで返される一意の値を取得します。getpid()ではありません。

I作成したサンプルプログラムは、以下：

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <stdint.h> 
#include <unistd.h> 
#include <pthread.h> 

void* threadMethod(void* arg) 
{ 
    int intArg = (int) *((int*) arg); 

    int32_t pid = getpid(); 
    uint64_t pti = pthread_self(); 

    printf("[Thread %d] getpid() = %d\n", intArg, pid); 
    printf("[Thread %d] pthread_self() = %lu\n", intArg, pti); 
} 

int main() 
{ 
    pthread_t threads[2]; 

    int thread1 = 1; 

    if ((pthread_create(&threads[0], NULL, threadMethod, (void*) &thread1)) 
     != 0) 
    { 
     fprintf(stderr, "pthread_create: error\n"); 
     exit(EXIT_FAILURE); 
    } 

    int thread2 = 2; 

    if ((pthread_create(&threads[1], NULL, threadMethod, (void*) &thread2)) 
     != 0) 
    { 
     fprintf(stderr, "pthread_create: error\n"); 
     exit(EXIT_FAILURE); 
    } 

    int32_t pid = getpid(); 
    uint64_t pti = pthread_self(); 

    printf("[Process] getpid() = %d\n", pid); 
    printf("[Process] pthread_self() = %lu\n", pti); 

    if ((pthread_join(threads[0], NULL)) != 0) 
    { 
     fprintf(stderr, "Could not join thread 1\n"); 
     exit(EXIT_FAILURE); 
    } 

    if ((pthread_join(threads[1], NULL)) != 0) 
    { 
     fprintf(stderr, "Could not join thread 2\n"); 
     exit(EXIT_FAILURE); 
    } 

    return 0; 
} 

（これは、64ビットのFedoraの[gcc -pthread -o thread_test thread_test.c】コンパイルされた;起因<bits/pthreadtypes.h>から供給pthread_tために使用される64ビットのタイプに、コードがマイナー必要とします32ビット版でコンパイルする変更）

次のように私が手出力は次のようになります。scheduを使用することにより

[bean@fedora ~]$ ./thread_test 
[Process] getpid() = 28549 
[Process] pthread_self() = 140050170017568 
[Thread 2] getpid() = 28549 
[Thread 2] pthread_self() = 140050161620736 
[Thread 1] getpid() = 28549 
[Thread 1] pthread_self() = 140050170013440 
[bean@fedora ~]$ 

LER gdbにロック、私は、はちょうどプロセスを示している、ので、私はtopが言うキャプチャすることができます生きているプログラムとそのスレッドを維持することができます：

PID USER  PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND 
28602 bean  20 0 15272 1112 820 R 0.4 0.0 0:00.63 top 
2036 bean  20 0 108m 1868 1412 S 0.0 0.0 0:00.11 bash 
28547 bean  20 0 231m 16m 7676 S 0.0 0.4 0:01.56 gdb 
28549 bean  20 0 22688 340 248 t 0.0 0.0 0:00.26 thread_test 
28561 bean  20 0 107m 1712 1356 S 0.0 0.0 0:00.07 bash 

とスレッドを示し、こう述べています。

PID USER  PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND 
28617 bean  20 0 15272 1116 820 R 47.2 0.0 0:00.08 top 
2036 bean  20 0 108m 1868 1412 S 0.0 0.0 0:00.11 bash 
28547 bean  20 0 231m 16m 7676 S 0.0 0.4 0:01.56 gdb 
28549 bean  20 0 22688 340 248 t 0.0 0.0 0:00.26 thread_test 
28552 bean  20 0 22688 340 248 t 0.0 0.0 0:00.00 thread_test 
28553 bean  20 0 22688 340 248 t 0.0 0.0 0:00.00 thread_test 
28561 bean  20 0 107m 1860 1432 S 0.0 0.0 0:00.08 bash 

プログラムやカーネルには、プロセスとは異なりスレッドを定義する明確な方法があることは明らかです。各スレッドはtopに従って独自のPIDを持っています - なぜですか？

Answer 1

これらの混乱は、カーネルがそれらを共有させる方法を提供していれば、カーネルプロセスをプリミティブとして使用してスレッドをほぼ完全にユーザー空間で実装できるという非合理的かつ間違った見方を元来持っていたメモリとファイル記述子。これはPOSIXスレッドのLinuxThreadsの実装が悪いことにつながります。これは、POSIXスレッドのセマンティクスに遠隔的に似ていることがないため、誤った名前でした。最終的にLinuxThreadsが（NPTLによって）置き換えられましたが、紛らわしい用語や誤解の多くが残されています。

「PID」は、カーネル空間とユーザー空間で異なることを意味します。カーネルがPIDを呼び出すのは、カーネルレベルのスレッドID（しばしばTIDと呼ばれる）です。別の識別子であるpthread_tと混同しないでください。システム上の各スレッドは、同じプロセスでも異なるスレッドでも、一意のTID（またはカーネルの用語では「PID」）を持っています。

"プロセス"というPOSIXの意味でPIDと見なされるものは、カーネル内では "スレッドグループID"または "TGID"と呼ばれます。各プロセスは、それぞれ独自のTID（カーネルPID）を持つ1つ以上のスレッド（カーネルプロセス）から構成されますが、すべて同じTGIDを共有します。mainが実行される最初のスレッドのTID（カーネルPID）

topにスレッドが表示されている場合、PID（カーネルのTGID）ではなくTID（カーネルPID）が表示されているため、スレッドごとに別々のスレッドが存在します。 NPTLの出現により

は、呼び出しプロセスにPID引数または行為を取るほとんどのシステムコールはTGIDとしてPIDを扱い、全体の「スレッドグループ」（POSIXプロセス）に作用するように変更されました。

Answer 2

Linuxでは、すべてのスレッドはスレッドIDを取得します。メインスレッドのスレッドIDは、プロセスIDとして二重の役割を果たします（ユーザーインターフェイスではよく知られています）。スレッドIDは、Linuxの実装の詳細であり、POSIX IDとは無関係です。詳細については、gettidシステムコールを参照してください（純粋なPythonではシステム固有のものではありません）。

Answer 3

「メタエンティティ」のようなものを想像してみてください。エンティティが親のリソース（アドレス空間、ファイル記述子など）を共有していない場合、それはプロセスであり、エンティティがその親のすべてのリソースを共有する場合はスレッドです。あなたは、プロセスとスレッドの中間に何かを持つことさえできます（例えば、共有されているリソースや共有されていないものなど）。 "clone（）"システムコール（例えばhttp://linux.die.net/man/2/clone）を見てください。これはLinuxが内部的に何をするかを示しています。

ここでは、すべてをプロセスまたはスレッドのように見せる抽象化の背後に隠しています。抽象化が完璧であれば、エンティティとプロセスとスレッドの違いを知ることはできません。抽象化は完全には完全ではありません。実際に見ているPIDは実際には「エンティティID」です。