理解线程 ID 和 LWP

news2024/9/24 23:31:25

序言

在不同的系统中，为了更好地管理用户可能会采取不同的编号。比如在学校的教务系统中，管理学生使用的是学号；但是在住宿系统中，为了更加方便的获取一个学生的寝室信息，可能会采取结合你是哪一栋，哪一层，哪一间，哪一个铺位号的信息来作为新的的编号。
有很多在我们计算机系统体系的设定，其实利用生活的道理都能非常直观的解释。本篇文章的内容需要一些线程的前置知识，可以点击此处查看哦点击跳转👈 。

1. 引出问题

在 Linux 系统中，我们可以通过指令 ps -a 来查看当前用户下的启动程序的进程的 PID，同时我们在代码中使用函数 getpid() 函数也可以获取当前进程的 PID，举个栗子：

1 Test.cc                                                                                           X 
   1 #include <iostream>
   2 #include <unistd.h>
   3 
   4 // 一段非常简单的程序
   5 // 每隔两秒打印当前进程的PID
   6 
   7 int main()
   8 {
   9     while(true)
  10     {
  11         std::cout << "Hello, my pid is " << getpid() << "." << std::endl;
  12         sleep(2);
  13     }
  14 
  15     return 0;
  16 }

启动这个程序之后，我们再使用该指令来获取当前进程的信息：
在这里插入图片描述
可以很明显的看到，两者的 PID 是一样的。

现在，我们来回忆一下线程的部分知识点：

线程是进程中的一个实体，是 CPU 调度和分派的基本单位，它是 进程中的实际运作单位
Linux 系统上，并不存在真正意义上的线程‌，他的线程是通过 模拟进程来实现的，被称为 轻量级进程（LWP）。

我们可以通过指令 ps -aL 查看当前用户下的线程消息，运行上段程序：

在这里插入图片描述
可以看到，当前程序我们并没有显示的创建副线程，但是还是存在相应线程信息，说明一个进程默认是有一个线程的（称为 主线程）。

我们对上段程序进行一点改造，创建一个副线程执行其他任务：

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void *thread_Func(void *arg)
{
    while(true)
    {
        std::cout << "Hello, I am pthread_1, my tid is " << pthread_self() << "." << std::endl;
        sleep(2);
    }

    return nullptr;
}

int main()
{
    pthread_t tid = 0;
    pthread_create(&tid, nullptr, thread_Func, nullptr);

    while(true)
    {
        std::cout << "Hello, I am main pthread, my tid is " << pthread_self() << "." << std::endl;
        sleep(2);
    }

    pthread_join(tid, nullptr);

    return 0;
}

创建了一个父线程和主线程分别执行任务，现在再使用指令 ps -aL：
在这里插入图片描述
通过打印出的结果，我们可以得出一下信息：

主线程的 LWP 和该进程的 PID 是相同的
一个进程包含的线程的 LWP 是连续的
线程的 LWP 和 TID 并不相同

前面铺垫了这么多内容，终于是引出了疑问，我们进程使用指令和函数得出的 PID 是一个值，为什么线程的 LWP 和通过函数 pthread_self() 函数得出的值不一样呢？

2. 底层设计

2.1 LWP

LWP 轻量级进程 是在 Linux 系统下设计线程的方式，线程和进程一样也是需要管理的，所以为了更好地管理所有线程，系统存在一个结构体存储线程地相关信息，而 LWP 对应的值就是该线程对应结构体唯一的标识符。

2.2 TID

那 TID 又代表什么呢？TID 代表一个地址！
首先我们需要了解，Linux 的线程又叫做 轻量级进程，所以所维护的线程信息都是针对进程的角度，所以光靠这些信息是不够维护一个线程的。
但是大家不要忘记我们使用了一个库 POSIX 线程库，该库除了为我们提供相关的线程使用方法，还帮我们维护线程所特有的属性（线程栈，线程局部存储等等）。
现在深入内容之前，我们有必要简单回顾一下加载动态库到进程地址空间：