文档介绍：Linux线程实现机制分析
自从多线程编程的概念出现在Linux中以来，Linux多线应用的发展总是与两 个问题脱不开干系：兼容性、效率。本文从线程模型入手，通过分析目前Linux 平台上最流行的LinuxThreads线程库的实现及其不足，描述了 Linux社区是 如何看待和解决兼容性和效率这两个问题的。
基础知识：线程和进程
按照教科书上的定义，进程是资源管理的最小单位，线程是程序执行的最小单 位。在操作系统设计上，从进程演化出线程，最主要的目的就是更好的支持SMP 以及减小（进程/线程）上下文切换开销。
无论按照怎样的分法，一个进程至少需要一个线程作为它的指令执行体，进程 管理着资源（比如cpu、内存、文件等等），而将线程分配到某个cpu上执行。 一个进程当然可以拥有多个线程，此时，如果进程运行在SMP机器上，它就可 以同时使用多个cpu来执行各个线程，达到最大程度的并行，以提高效率；同 时，即使是在单cpu的机器上，采用多线程模型来设计程序，正如当年采用多 进程模型代替单进程模型一样，使设计更简洁、功能更完备，程序的执行效率 也更高，例如采用多个线程响应多个输入，而此时多线程模型所实现的功能实 际上也可以用多进程模型来实现，而与后者相比，线程的上下文切换开销就比 进程要小多了，从语义上来说，同时响应多个输入这样的功能，实际上就是共 享了除cpu以外的所有资源的。
针对线程模型的两大意义，分别开发出了核心级线程和用户级线程两种线程模 型，分类的标准主要是线程的调度者在核内还是在核外。前者更利于并发使用 多处理器的资源，而后者则更多考虑的是上下文切换开销。在目前的商用系统 中，通常都将两者结合起来使用，既提供核心线程以满足smp系统的需要，也 支持用线程库的方式在用户态实现另一套线程机制，此时一个核心线程同时成 为多个用户态线程的调度者。正如很多技术一样，"混合”通常都能带来更高的 效率，但同时也带来更大的实现难度，出于"简单"的设计思路，Linux从一开始 就没有实现混合模型的计划，但它在实现上采用了另一种思路的"混合”。
在线程机制的具体实现上，可以在操作系统内核上实现线程，也可以在核外实 现，后者显然要求核内至少实现了进程，而前者则一般要求在核内同时也支持 进程。核心级线程模型显然要求前者的支持，而用户级线程模型则不一定基于 后者实现。这种斧异，正如前所述，是两种分类方式的标准不同带来的。
当核内既支持进程也支持线程时，就可以实现线程-进程的"多对多"模型，即一 个进程的某个线程由核内调度，而同时它也可以作为用户级线程池的调度者， 选择合适的用户级线程在其空间中运行。这就是前面提到的”混合”线程模型， 既可满足多处理机系统的需要，也可以最大限度的减小调度开销。绝大多数商 业操作系统（如Digital Unix> Solaris> Irix）都采用的这种能够完全实现 。在核外实现的线程又可以分为”一对一”、”多对 一”两种模型，前者用一个核心进程（也许是轻量进程）对应一个线程，将线程 调度等同于进程调度，交给核心完成，而后者则完全在核外实现多线程，调度 也在用户态完成。后者就是前面提到的单纯的用户级线程模型的实现方式，显
然，这种核外的线程调度器实际上只需要完成线程运行栈的切换，调度开销非 常小，但同吋因为核心信号(无论是同步的还是异步的)都是以进程为单位的, 因而无法定位到线程，所以这种实现方式不能用于多处理器系统，而这个需求 正变得越来越大，因此，在现实中，纯用户级线程的实现，除算法研究目的以 外，几乎已经消失了。
Linux内核只提供了轻量进程的支持，限制了更高效的线程模型的实现，但Linux 着重优化了进程的调度开销，•定程度上也弥补了这一缺陷。目前最流行的线 程机制LinuxThreads所采用的就是线程-进程"一对一"模型，调度交给核心，而 在用户级实现一个包括信号处理在内的线程管理机制。Linux-LinuxThreads的运 行机制正是本文的描述重点。
Linux
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、10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 ，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