posix 线程（一）：线程模型、pthread 系列函数 和 简单多线程服务器端程序

posix 线程（一）：线程模型、pthread 系列函数 和 简单多线程服务器端程序

 

一、线程有3种模型，分别是N:1用户线程模型，1:1核心线程模型和N:M混合线程模型，posix thread属于1:1模型。

（一）、N:1用户线程模型

“线程实现”建立在“进程控制”机制之上，由用户空间的程序库来管理。OS内核完全不知道线程信息。这些线程称为用户空间线程。这些线程都工作在“进

程竞争范围”（process contention scope）：各个线程在同一进程竞争“被调度的CPU时间”（但不直接和其他进程中的线程竞争）。

在N:1线程模型中，内核不干涉线程的任何生命活动，也不干涉同一进程中的线程环境切换。

在N:1线程模型中，一个进程中的多个线程只能调度到一个CPU，这种约束限制了可用的并行总量。

第二个缺点是如果某个线程执行了一个“阻塞式”操作（如read），那么，进程中的所有线程都会阻塞，直至那个操作结束。为此，一些线程的实现是为

这些阻塞式函数提供包装器，用非阻塞版本替换这些系统调用，以消除这种限制。

（二）、1:1核心线程模型 pthread线程库--NPTL(Native POSIX Threading Library)

在1:1核心线程模型中，应用程序创建的每一个线程（也有书称为LWP）都由一个核心线程直接管理。OS内核将每一个核心线程都调到系统CPU上，

因此，所有线程都工作在“系统竞争范围”（system contention scope）：线程直接和“系统范围”内的其他线程竞争。

这种线程的创建与调度由内核完成，因为这种线程的系统开销比较大（但一般来说，比进程开销小）

（三）、N:M混合线程模型  NGPT(Next Generation POSIX Threads)

N:M混合线程模型提供了两级控制，将用户线程映射为系统的可调度体以实现并行，这个可调度体称为轻量级进程（LWP:light weight process），LWP

再一一映射到核心线程。如下图所示。OS内核将每一个核心线程都调到系统CPU上，因此，所有线程都工作在“系统竞争范围”。

据说一些类UNIX系统(如Solaris)已经实现了比较成熟的M:N线程模型, 其性能比起linux的线程还是有着一定的优势，但不能利用SMP结构。

按照2003年3月NGPT官方网站上的通知，NGPT考虑到NPTL日益广泛地为人所接受，为避免不同的线程库版本引起的混乱，今后将不再进行进一步开发，而今进行支持性的维护工作。也就是说，NGPT已经放弃与NPTL竞争下一代Linux POSIX线程库标准。

二、posix 线程概述

我们知道，进程在各自独立的地址空间中运行，进程之间共享数据需要用进程间通信机制，有些情况需要在一个进程中同时执行多个控制流程，这时候

线程就派上了用场，比如实现一个图形界面的下载软件，一方面需要和用户交互，等待和处理用户的鼠标键盘事件，另一方面又需要同时下载多个文

件，等待和处理从多个网络主机发来的数据，这些任务都需要一个“等待-处理”的循环，可以用多线程实现，一个线程专门负责与用户交互，另外几个线

程每个线程负责和一个网络主机通信。

以前我们讲过，main函数和信号处理函数是同一个进程地址空间中的多个控制流程，多线程也是如此，但是比信号处理函数更加灵活，信号处理函数的

控制流程只是在信号递达时产生，在处理完信号之后就结束，而多线程的控制流程可以长期并存，操作系统会在各线程之间调度和切换，就像在多个进

程之间调度和切换一样。由于同一进程的多个线程共享同一地址空间，因此Text Segment、Data Segment都是共享的，如果定义一个函数，在各线程

中都可以调用，如果定义一个全局变量，在各线程中都可以访问到，除此之外，各线程还共享以下进程资源和环境：

文件描述符表

每种信号的处理方式（SIG_IGN、SIG_DFL或者自定义的信号处理函数）

当前工作目录

用户id和组id

但有些资源是每个线程各有一份的：

线程id

上下文，包括各种寄存器的值、程序计数器和栈指针

栈空间

errno变量

信号屏蔽字

调度优先级

我们将要学习的线程库函数是由POSIX标准定义的，称为POSIX thread或者pthread。在Linux上线程函数位于libpthread共享库中，因此在编译时要加上-lpthread选项。

注：linux 2.6 以后的线程就是由用户态的pthread库实现的.使用pthread以后, 在用户看来, 每一个task_struct就对应一个线程, 而一组线程以及它们所共同引用的一组资源就是一个进程.在linux 2.6中, 内核有了线程组的概念, task_struct结构中增加了一个tgid(thread group id)字段. getpid(获取进程ID)系统调用返回的也是tast_struct中的tgid, 而tast_struct中的pid则由gettid系统调用来返回。

当线程停止/继续, 或者是收到一个致命信号时, 内核会将处理动作施加到整个线程组中。

比 如程序a.out运行时，创建了一个线程。假设主线程的pid是10001、子线程是10002（它们的tgid都是10001）。这时如果你kill 10002，是可以把10001和10002这两个线程一起杀死的，尽管执行ps命令的时候根本看不到10002这个进程。如果你不知道linux线程背 后的故事，肯定会觉得遇到灵异事件了。

 

 

参考：

《linux c 编程一站式学习》

《UNP》

《APUE》

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-mthreadps/index.html

http://hi.baidu.com/_kouu/item/282b80a933ccc3a829ce9dd9

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/l-thread/