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linux系统中线程同步实现机制有哪些

发布时间:2019-06-27 08:01 来源:未知 编辑:admin

  LinuxThreads是目前Linux平台上使用最为广泛的线程库,由Xavier Leroy (Xavier.) 负责开发完成,并已绑定在GLIBC中发行。它所实现的就是基于核心轻量级进程的一对一线程模型,一个线程实体对应一个核心轻量级进程,而线程之间的 管理在核外函数库中实现。

  新创建的线程将首先在__pthread_handles数组中占据一项,然后通过数据结构中的链指针连入以__pthread_main_thread为首指针的链表中。这个链表的使用在介绍线程的创建和释放的时候将提到。

  LinuxThreads遵循POSIX1003.1c标准,其中对线程库的实现进行了一些范围限制,比如进程最大线程数,线程私有数据区大小等等。在 LinuxThreads的实现中,基本遵循这些限制,但也进行了一定的改动,改动的趋势是放松或者说扩大这些限制,使编程更加方便。这些限定宏主要集中 在sysdeps/unix/sysv/linux/bits/local_lim.h(不同平台使用的文件位置不同)中,包括如下几个:

  一对一模型的好处之一是线程的调度由核心完成了,而其他诸如线程取消、线程间的同步等工作,都是在核外线程库中完成的。在LinuxThreads 中,专门为每一个进程构造了一个管理线程,负责处理线程相关的管理工作。当进程第一次调用pthread_create()创建一个线程的时候就会创建 (__clone())并启动管理线程。

  在一个进程空间内,管理线程与其他线程之间通过一对管理管道(manager_pipe[2])来通讯,该管道在创建管理线程之前创建,在成功启动 了管理线程之后,管理管道的读端和写端分别赋给两个全局变量__pthread_manager_reader和 __pthread_manager_request,之后,每个用户线程都通过__pthread_manager_request向管理线程发请求, 但管理线程本身并没有直接使用__pthread_manager_reader,管道的读端(manager_pipe[0])是作为__clone ()的参数之一传给管理线程的,管理线程的工作主要就是监听管道读端,并对从中取出的请求作出反应。

  初始化结束后,在__pthread_manager_thread中记录了轻量级进程号以及核外分配和管理的线*PTHREAD_THREADS_MAX+1这个数值不会与任何常规用户线程id冲突。管理线程作为pthread_create()的调用者线程的 子线程运行,而pthread_create()所创建的那个用户线程则是由管理线程来调用clone()创建,因此实际上是管理线程的子线程。(此处子 线程的概念应该当作子进程来理解。)

  __pthread_manager()就是管理线程的主循环所在,在进行一系列初始化工作后,进入while(1)循环。在循环中,线秒为 timeout查询(__poll())管理管道的读端。在处理请求前,检查其父线程(也就是创建manager的主线程)是否已退出,如果已退出就退出 整个进程。如果有退出的子线程需要清理,则调用pthread_reap_children()清理。

  然后才是读取管道中的请求,根据请求类型执行相应操作(switch-case)。具体的请求处理,源码中比较清楚,这里就不赘述了。

  在LinuxThreads中,管理线程的栈和用户线程的栈是分离的,管理线程在进程堆中通过malloc()分配一个THREAD_MANAGER_STACK_SIZE字节的区域作为自己的运行栈。

  用户线程的栈分配办法随着体系结构的不同而不同,主要根据两个宏定义来区分,一个是NEED_SEPARATE_REGISTER_STACK,这个属 性仅在IA64平台上使用;另一个是FLOATING_STACK宏,在i386等少数平台上使用,此时用户线程栈由系统决定具体位置并提供保护。与此同 时,用户还可以通过线程属性结构来指定使用用户自定义的栈。因篇幅所限,这里只能分析i386平台所使用的两种栈组织方式:FLOATING_STACK 方式和用户自定义方式。

  在FLOATING_STACK方式下,LinuxThreads利用mmap()从内核空间中分配8MB空间(i386系统缺省的最大栈空间大小,如 果有运行限制(rlimit),则按照运行限制设置),使用mprotect()设置其中第一页为非访问区。该8M空间的功能分配如下图:

  对于用户指定的栈,在按照指针对界后,设置线程栈顶,并计算出栈底,不做保护,正确性由用户自己保证。

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