一文带你吃透线程和进程在linux内核角度上的区别 | 青训营笔记

这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的第5篇笔记

在青训营课程中学习了go语言，Go语言内置了协程，协程本质上是用户自定义的线程。那么线程在Linux内核是如何工作的呢？他与进程又有什么区别？本文带你一探究竟！

首先说些大家肯定都知道的：

1. 线程有自己的全局数据
2. 进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。

这样说，肯定是背诵的八股文，本文带你从内核角度重新认识线程和进程！

在linux内核角度出发的话，线程和进程都被看做是一个任务，统一被task_struct管理，链表将所有的task_struct串起来。task_struct 中，使用pid(线程id)，tgid(进程的主线程id)可以区分进程和线程。struct task_struct有保存有关线程/进程中的一切信息，主要包括有线程/进程状态、与其他线程/进程关系、虚拟内存相关、日志相关、线程/进程限制等。

进程还是线程的创建都是调用系统调用接口实现的。创建的主要工作实际上就是创建task_strcut结构体，并将该对象添加至工作队列中去。而线程和进程在创建时，通过传递flag的不同，而选择不同的方式共享父进程/父线程的资源，从而造成在用户空间所看到的进程和线程的不同。无论采用何种方式创建进程和线程，最终都会调用do_fork接口。

do_fork主要做了三件事，

1 copy_process

2 确定PID

3 wake_up_new_task

wake_up_new_task即是将新创建的线程/进程添加至调度程序的队列中 do_fork主要的一部分工作集中在copy_process中，线程与进程之间的区别也是在该接口中体现，接口的代码流程图如下所示：

当上层以pthread_create接口call到kernel时，clone_flag是有CLONE_PTHREAD标识

CLONE_PTHREAD标识在最后两个步骤（设置各个ID、进程关系）时体现：（current为当前进程/线程的task_struct结构体 ，p为新创建的结构体对象）

最后一步：

if (clone_flags & CLONE_THREAD) {
    p->group_leader = current->group_leader;
    p->tgid = current->tgid;
} else {
    p->group_leader = p;
    p->tgid = p->pid;
}

在这些形如copy_abc的接口中，通过判断该flag标识，决定对内核子系统资源是与父进程/线程公用还是新创建出来。可参考下图。

一开始父进程和子进程对于res_abc指向同一个内容（通过dup_task_struct接口实现，子进程完全copy父进程），然后经过copy_abc程序，当有CLONE_abc标识时，父进程会共享资源，同时res_abc的引用计数+1，当!CLONE_abc时，会创建一个res_abc的副本。