Pthread 库实际上是用户线程解决方案吗？

Posted 2023-03-29

【中文标题】Pthread 库实际上是用户线程解决方案吗？

【英文标题】：Is Pthread library actually a user thread solution?

【发布时间】：2012-01-28 04:14:33

【问题描述】：

标题可能不够清楚，因为我实际上不知道如何定义我的问题。

我了解 Pthread 是一个符合 POSIX 标准的线程库（关于 POSIX，请参阅***：http://en.wikipedia.org/wiki/Posix）。它在类 Unix 操作系统中可用。

关于线程，我读到有三种不同的模型：

用户级线程：内核不知道。用户自己创建/实现/销毁线程。

内核级线程：内核直接支持一个进程中的多线程控制。

轻量级进程（LWP）：由内核调度，但可以与用户线程绑定。

你看到我的困惑了吗？当我调用pthread_create() 创建线程时，我是否创建了用户级线程？大概吧。那么我可以说，Pthread 为线程提供了用户级解决方案吗？不能操作内核/LWP？

【参考方案1】：

@paulsm4 我怀疑你关于内核知道一切的评论。在这个用户级线程的特定上下文中，内核不知道这样的事情正在发生。用户级线程的调度由用户自己维护（通过库提供的接口），内核最终只为整个进程分配一个内核线程。内核会将进程视为单线程，并且其中一个线程的任何阻塞调用最终都会阻塞该进程的所有线程。 参考http://www.personal.kent.edu/~rmuhamma/OpSystems/Myos/threads.htm

【讨论】：

如果它不使用内核线程就会发生这种情况。另一种方式。如果它会在用户空间处理这个问题，那么您最终将只使用一个内核，因为用户空间无法控制内核，也无法在没有内核交互的情况下在内核上调度某些内容。

【参考方案2】：

在 Linux 中，pthread 是implemented as a lightweight process。内核（v2.6+）实际上是用NPTL 实现的。让我引用维基内容：

NPTL 是所谓的 1×1 线程库，用户创建的线程（通过 pthread_create() 库函数）与内核中的可调度实体（任务，在 Linux 案例中）一一对应）。这是最简单的线程实现。

所以linux内核中的pthread实际上是作为内核线程来实现的。

【讨论】：

这应该是公认的答案。 Linux 中的 Pthreads 是使用 NPTL 实现的，NPTL 实际上是一种一对一的线程模型。每创建一个用户级线程，都会有一个与之关联的内核级线程。这意味着使用 NPTL 实现的 Pthread 可以利用多核 CPU

@dantebarba：Junji Zhi 是正确的（昨天我赞成他的回答，并且几年前也更新了我的回答），你错了。重要说明： 1) Pthreads 只是一个接口。实施将因环境而异。 2）“线程”与“进程”的 linux 实现确实不必然对应于一般操作系统教科书中经常描述的内容。 3）具体来说，Linux pthreads的实现一般使用LinuxNTPL，“……一个所谓的1x1线程库”。

您只是在回复我之前在评论中所说的内容......而且我并不是唯一一个说您的回答具有误导性的人。您特别说过“内核知道一切”，这在 N:1 线程模型上是不正确的。 NPTL 是 1-1 模型的实现这一事实并不意味着所有实现都应该以相同的方式运行。

【参考方案3】：

pthreads 本身并不是真正的线程库。 pthreads 是特定线程库使用该平台上可用的并发资源实现的接口。所以在linux上、bsd上、solaris上等都有pthreads的实现，虽然接口（头文件和调用的含义）是一样的，但各自的实现是不同的。

因此，就内核线程对象而言，pthread_create 的实际作用因操作系统和 pthread 库实现而异。在第一个近似值上，您不需要知道（这是 pthread 抽象允许您不需要知道的东西）。最终，您可能需要看到“幕后”，但对于大多数 pthread 用户来说，这不是必需的。

如果您想知道 /specific/ pthread 实现在特定操作系统上的作用，您需要澄清您的问题。例如，Solaris 和 Linux 所做的就非常不同。

【参考方案4】：

问：我理解 Pthread 是一个符合 POSIX 标准的线程库

答：是的。实际上，“Pthreads”代表“Posix 线程”： http://en.wikipedia.org/wiki/Pthreads

问：在类 Unix 操作系统中可用。

A：实际上，它适用于许多不同的操作系统……包括 Windows、MacOS……当然还有 Linux、BSD 和 Solaris。

问：关于线程，我读到有三种不同的模型

现在你变得模糊了。 “线程”是一个非常通用的术语。有很多很多不同的模型。还有很多很多不同的方式可以描述和/或实现“线程”。包括 Java 线程模型或 Ada 线程模型之类的东西。

问：当我调用 pthread_create() 创建线程时，我是否创建了一个线程？ 用户级线程？

答：是的：您在用户空间中所做的几乎所有事情都在您自己的私有“用户空间”中受到“保护”。

问：用户级线程：内核不知道。

A：不。内核知道一切 :)

Q：内核级线程：内核直接支持多线程 过程中的控制。

A：是的，有“内核线程”之类的东西。

而且，碰巧的是，Linux 广泛使用内核线程。例如，Linux 系统中的每一个进程都是一个“内核线程”。并且每个用户创建的 pthread 也被实现为一个新的“内核线程”。 “工作线程”也是如此（对任何用户级进程完全不可见）。

但这是一个高级主题，您无需了解即可有效使用 pthread。这是一本很好的书，详细讨论了这一点 - 以及许多其他主题：

[Linux 内核开发，罗伯特·洛夫][1]

记住：“Pthreads”是一个接口。它的实现方式取决于平台。 Linux 使用内核线程； Windows 使用 Win32 线程等。

================================================ ============================== 附录：

由于人们似乎仍然在关注这个旧线程，我认为参考这篇文章会很有用：

https://***.com/a/11255174/421195

Linux 通常使用两种 pthread 实现： LinuxThreads 和 Native POSIX Thread Library(NPTL), 尽管前者在很大程度上已经过时了。 2.6 的内核提供 NPTL，它提供更接近 SUSv3 的一致性，并执行 尤其是当有很多线程时更好。

您可以查询 shell下pthreads使用命令的具体实现：

getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION

您还可以在The Linux Programming Interface 中获得更详细的实现差异。

“Pthreads”是一个库，基于 Posix 标准。 pthreads 库的实现方式因平台和库而异。 [1]：http://www.amazon.com/Linux-Kernel-Development-Robert-Love/dp/0672329468

【讨论】：

您是不是在这里制造了一些混乱？ 1. 原发帖人从未询问过 Linux 的具体细节 2. 内核并不知道一切，尤其是在用户级线程的上下文中，因为它们不是由内核调度的，而是由库“切换”，在这种情况下是 Pthreads。 3. 术语“线程”是通用的。没错，但是，问题更多是关于线程上下文中的操作系统和应用程序接口，答案应该是关于抽象的。

确实，这个答案完全是错误的。内核不知道用户空间线程；如果创建线程需要通知内核（通过系统调用），那么您的线程将不再是“用户空间”。这里的正确答案包括***.com/a/12169068/1424877和***.com/a/27581327/1424877； ***.com/a/8639239/1424877 是这个答案正确部分的一个很好的表达（但缺乏使其他部分对 OP 真正有帮助的 Linux 细节）。

每个Linux进程怎么可能是内核线程？ Linux中的一个进程在struct task_struct结构体中定义为PCB（进程控制块）。

这个答案令人误解。用户级线程对内核不可见。这就是 N:1 线程模型的全部内容。您可以在每本基本的操作系统概念书上阅读此内容，例如 Silberschatz 第 7 版或 Stallings 第 7 版。另外，正如第一个用户描述的那样，共有三种线程模型： N:1 模型：多个 ULT 映射到 KLT 1:1 模型：每个 KLT 一个 ULT。 N:M 模型：一个 ULT 映射到一个 LWP 映射到多个 KLT。

老兄——事实上，Linux 做的事情“有些不同”（有很好的理由，结果非常好）。因此，您在“每本基本操作系统概念书”上阅读的内容可能适用于也可能不适用于每个细节。是的，我也读过 Stallings。也许您应该阅读Love, 3rd Ed，然后自己重​​新阅读Stallings ;) 或者只是在下面回复Fin's 或Junji Zhi's。

【参考方案5】：

我发现以前的答案不像我希望的那样令人满意或清晰，所以这里是：

当你打电话时

pthread_create(...)

您总是创建一个新的用户级线程。假设有操作系统，总是有一个或多个内核线程......但让我们更深入地了解：

根据“操作系统概念”第 10 版，我们应该查看的实际分类（当涉及线程库时）是用户级线程如何映射到内核线程（这就是问题的真正含义）。

模型是一对一（单个进程中的每个用户级线程都映射到不同的内核线程），多对一（线程库是“用户级别”，因此单个进程中的所有不同线程都映射到单个内核线程，并且线程数据结构，上下文切换等在用户级别而不是由操作系统处理[意味着如果线程阻塞一些 I/O 调用，整个进程可能会阻塞]）和多对多（介于两者之间，显然用户级线程的数量大于或等于它的内核线程的数量正在映射到）。

现在，pthreads 是一个规范，而不是一个实现，并且实现确实取决于它所写入的操作系统。它可以是这些模型中的任何一种（请注意，“多对多”非常灵活）。

因此，例如，在 Linux 和 Windows（多年来最流行的操作系统，模型是“一对一”）上，实现是“一对一”。

【参考方案6】：

Pthreads 只是线程库的标准化接口。创建操作系统线程还是轻量级线程取决于您使用的库。不过，我的第一个客人是您的线程是“真正的”操作系统级线程。

【讨论】：

这个答案在技术上似乎是正确的，但没有提供任何有用的信息。