Linux 线程实现机制分析

　　二.Linux 2.4内核中的轻量进程实现

　　最初的进程定义都包含程序、资源及其执行三部分,其中程序通常指代码,资源在操作系统层面上通常包括内存资源、IO资源、信号处理等部分,而程序的执行通常理解为执行上下文,包括对cpu的占用,后来发展为线程.在线程概念出现以前,为了减小进程切换的开销,操作系统设计者逐渐修正进程的概念,逐渐允许将进程所占有的资源从其主体剥离出来,允许某些进程共享一部分资源,例如文件、信号,数据内存,甚至代码,这就发展出轻量进程的概念.Linux内核在2.0.x版本就已经实现了轻量进程,应用程序可以通过一个统一的clone()系统调用接口,用不同的参数指定创建轻量进程还是普通进程.在内核中,clone()调用经过参数传递和解释后会调用do_fork(),这个核内函数同时也是fork()、vfork()系统调用的最终实现：

　　<linux-2.4.20/kernel/fork.c>

　　int do_fork(unsigned long clone_flags, unsigned long stack_start,

　　struct pt_regs *regs, unsigned long stack_size)

　　其中的clone_flags取自以下宏的"或"值：

　　<linux-2.4.20/include/linux/sched.h>

　　#define CSIGNAL0x000000ff/* signal mask to be sent at exit */

　　#define CLONE_VM0x00000100/* set if VM shared between processes */

　　#define CLONE_FS 0x00000200/* set if fs info shared between processes */

　　#define CLONE_FILES 0x00000400/* set if open files shared between processes */

　　#define CLONE_SIGHAND0x00000800/* set if signal handlers and blocked signals shared */

　　#define CLONE_PID0x00001000/* set if pid shared */

　　#define CLONE_PTRACE0x00002000/* set if we want to let tracing continue on the child too */

　　#define CLONE_VFORK0x00004000/* set if the parent wants the child to wake it up on mm_release */

　　#define CLONE_PARENT0x00008000/* set if we want to have the same parent as the cloner */

　　#define CLONE_THREAD0x00010000/* Same thread group? */

　　#define CLONE_NEWNS0x00020000/* New namespace group? */

　　#define CLONE_SIGNAL (CLONE_SIGHAND | CLONE_THREAD)

　　在do_fork()中,不同的clone_flags将导致不同的行为,对于LinuxThreads,它使用（CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND）参数来调用clone()创建"线程",表示共享内存、共享文件系统访问计数、共享文件描述符表,以及共享信号处理方式.本节就针对这几个参数,看看Linux内核是如何实现这些资源的共享的.

　　1.CLONE_VM

　　do_fork()需要调用copy_mm()来设置task_struct中的mm和active_mm项,这两个mm_struct数据与进程所关联的内存空间相对应.如果do_fork()时指定了CLONE_VM开关,copy_mm()将把新的task_struct中的mm和active_mm设置成与current的相同,同时提高该mm_struct的使用者数目（mm_struct::mm_users）.也就是说,轻量级进程与父进程共享内存地址空间,由下图示意可以看出mm_struct在进程中的地位：

　　2.CLONE_FS

　　task_struct中利用fs（struct fs_struct *）记录了进程所在文件系统的根目录和当前目录信息,do_fork()时调用copy_fs()复制了这个结构；而对于轻量级进程则仅增加fs->count计数,与父进程共享相同的fs_struct.也就是说,轻量级进程没有独立的文件系统相关的信息,进程中任何一个线程改变当前目录、根目录等信息都将直接影响到其他线程.

　　3.CLONE_FILES

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