Pthread库实际上是一种用户级线程解决方案吗？

Question

我的问题可能不够清晰，因为我不知道如何明确定义。

我了解Pthread是符合POSIX标准的线程库（关于POSIX，可参见维基百科：http://en.wikipedia.org/wiki/Posix）。它在类Unix操作系统中可用。

关于线程，我了解到有三个不同的模型：

用户级线程：内核并不知道它。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个控制线程。

轻量级进程（LWP）：由内核调度，但可以与用户线程绑定。

你看到我的疑惑了吗？当我调用pthread_create()来创建一个线程时，我创建了一个用户级线程吗？我猜是这样的。那么，我可以说，Pthread提供了一种用户级别的线程解决方案吗？它无法操纵内核/LWP吗？

- Mengfei Murphy

Answer 1

@paulsm4 我对你的评论“内核知道所有事情”持怀疑态度。在这种特定的用户级线程上下文中，内核并不知道正在发生这样的事情。用户级线程的调度是由用户自己通过提供的接口库来维护的，内核最终只分配一个内核线程给整个进程。内核将处理该进程作为单线程，并且任何一个线程的阻塞调用都会导致该进程的所有线程被阻塞。

参考http://www.personal.kent.edu/~rmuhamma/OpSystems/Myos/threads.htm

- pareshverma91

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如果不使用内核线程，这种情况就会发生。反之亦然。如果在用户空间处理此问题，最终只能使用一个核心，因为用户空间无法控制核心，也无法在没有内核交互的情况下在核心上安排任务。 - Sebi2020

Answer 2

在Linux中，pthread实际上是作为轻量级进程实现的。内核（v2.6+）实际上是使用NPTL实现的。让我引用维基百科的内容：

NPTL是一种所谓的1×1线程库，即由用户创建的线程（通过pthread_create()库函数）与内核中的可调度实体（在Linux情况下为任务）一一对应。这是可能的最简单的线程实现。

因此，在Linux内核中，pthread实际上是作为内核线程实现的。

- Junji Zhi

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这应该是被接受的答案。在Linux中，Pthreads是使用NPTL实现的，它实际上是一种一对一的线程模型。每个用户级线程创建时，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Pthreads可以利用多核CPU。 - dantebarba

@dantebarba：Junji Zhi是正确的（我昨天点赞了他的回答，也在多年前更新了我的回复），而你是错误的。重要提示：1）Pthreads只是一个接口。实现会因环境而异。2）Linux实现的“线程”与“进程”并不一定对应于通常在一般操作系统教材中所描绘的内容。3）具体来说，Linux pthreads实现通常使用Linux NTPL，"...一个所谓的1x1线程库"。 - paulsm4

你只是在回应我之前评论中所说的话...另外，我不是唯一一个认为你的回答误导人的人。你明确地说“内核知道一切”，这在N：1线程模型上是不正确的。NPTL是一种1-1模型的实现，并不意味着所有实现都应该以相同的方式运行。 - dantebarba

Answer 3

pthreads本身并不是一个线程库。pthreads是一个特定线程库使用可用的并发资源实现的接口。所以，在linux、bsd、solaris等操作系统上都有pthread实现，虽然接口(头文件和调用意义)相同，但每个实现的具体实现方式是不同的。

因此，在不同的操作系统和pthread库实现中，pthread_create在内核线程对象方面的实际作用也是不同的。初步估计，你不需要知道这些(这是pthread抽象允许你不必了解的内容)。最终，你可能需要看“幕后”，但对于大多数pthread用户来说，这是不必要的。

如果你想了解特定操作系统上的特定pthread实现的具体做法，你需要澄清你的问题。例如，Solaris和Linux做的事情是非常不同的。

- FIn

Answer 4

Q: 我了解Pthread是符合POSIX标准的线程库。

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

Q: 它在类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。

Q: 关于线程，我读到有三种不同的模型。

现在你有点模糊了。“线程”是一个非常通用的术语。有许多许多不同的模型。而且有许多不同的方式可以描述和/或实现“线程”。包括像Java线程模型或Ada线程模型这样的东西。

Q: 当我调用pthread_create()创建一个线程时，我创建了一个用户级线程吗？

A: 是的：你在用户空间中做的几乎所有事情都是在你自己的私有“用户空间”中“受保护”的。

Q: 用户级线程：内核不知道它。

A: 不是的。内核知道一切 ：)

Q: 内核级线程：内核直接支持进程中的多个控制线程。

A: 是的，有这样一种东西叫做“内核线程”。

而且，恰好Linux广泛使用内核线程。例如，在Linux系统中，每个进程都是一个“内核线程”。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（对任何用户级进程完全不可见）也是如此。

但这是一个高级主题，您不需要理解就可以有效地使用pthread。以下是一本详细讨论了此主题和许多其他主题的好书：

Linux Kernel Development, Robert Love

记住：“Pthreads”是一个接口。它的实现取决于平台。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访问这个旧帖子，我认为引用这篇文章可能会有用：

https://dev59.com/0Gkv5IYBdhLWcg3wvDJF#11255174

Linux通常使用两种pthread实现： LinuxThreads 和 Native POSIX Thread Library(NPTL)， 尽管前者已经大部分过时。从2.6开始，内核提供了NPTL，它更接近SUSv3标准，并且在有许多线程时表现得更好。

您可以在shell下使用命令查询pthread的特定实现：

getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION

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

“Pthreads”是一个基于Posix标准的库。 pthreads库的实现会因平台和库而异。

- paulsm4

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你在制造混淆吗？1.原贴作者从未询问过关于Linux的具体细节2.内核并不知道所有事情，特别是在用户级线程的情况下，因为它们不是由内核调度的，而是由库——在这种情况下是Pthreads——“切换”的。3.“线程”这个术语是通用的。没错，但问题更多地涉及线程在操作系统和应用程序接口中的抽象概念，答案应该是有关这些抽象概念的内容。 - ultimate cause

这个答案完全是错误的。内核并不知道用户空间线程；如果创建一个线程需要通过系统调用通知内核，那么你的线程就不再是“用户空间”线程了。正确的答案包括https://dev59.com/2moy5IYBdhLWcg3wUcRL#12169068和https://dev59.com/2moy5IYBdhLWcg3wUcRL#27581327；https://dev59.com/2moy5IYBdhLWcg3wUcRL#8639239只表达了这个答案的正确部分（但缺少了使其他答案对OP真正有帮助的Linux细节）。 - Quuxplusone

每个Linux进程如何成为内核线程？在Linux中，进程被定义为struct task_struct结构中的PCB（进程控制块）。 - trinity420

这个答案非常误导人。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。你可以在每本基本操作系统概念书上阅读到这一点，比如Silberschatz第7版或Stallings第7版。此外，就像第一个用户描述的那样，有三种线程模型：N:1模型：多个用户级线程映射到一个内核级线程。 1:1模型：一个用户级线程对应一个内核级线程。 N:M模型：一个用户级线程映射到一个轻量级进程，该轻量级进程映射到多个内核级线程。 - dantebarba

老兄 - 事实是 Linux 做事情"有些不同"(有很好的理由，带来了非常有利的结果)。所以你在"每个基本操作系统概念书"上读到的内容可能会或可能不会完全适用。是的，我也读过 Stallings 的书。也许你应该阅读Love,3rd Ed，然后再重新阅读 Stallings 的书；）或者只需为下面Fin或Junji Zhi的回答点赞即可。 - paulsm4

Answer 5

我发现之前的答案不够令人满意或清晰，因此我来试一下：

当你打电话时

pthread_create(...)

您始终创建新的用户级线程。假设有操作系统，就始终存在一个或多个内核线程...但让我们深入了解一下：

根据《操作系统概念》第10版，我们应该关注的实际分类（当涉及到线程库时）是如何将用户级线程映射到内核线程上（这才是问题真正的意思）。

模型有：一对一（一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”的，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处理，而不是由操作系统处理[这意味着如果线程在某个I/O调用上阻塞，整个进程可能会潜在地阻塞]），以及多对多（介于两者之间，显然用户级线程的数量大于或等于它被映射到的内核线程数）。

现在，pthread是一种规范而不是一种实现，其实现取决于编写它的操作系统。它可以是这些模型之一（请注意，“多对多”非常灵活）。

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

- Yoni Keren

Answer 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。尽管如此，我的第一个猜测是您的线程是“真正”的操作系统级别线程。

- Eser Aygün

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这个答案在技术上似乎是正确的，但并没有提供任何有用的信息。 - Quuxplusone