理解 Linux 内核中 LWP 的概念

Question

最近我在学习由 Silberschatz 写的操作系统概念书籍。

在第五章，书中描述了“争用范围”的概念，并提到有两种类型的争用范围。一种是PTHREAD_SCOPE_PROCESS，另一种是PTHREAD_SCOPE_SYSTEM。

对于 PTHREAD_SCOPE_SYSTEM，用户级线程将绑定到一个 LWP（虚拟处理器），而此 LWP 将附加到一个内核线程上。

实际上，我并不太理解 LWP 的概念。在命令行终端上，我可以输入以下命令：

ps -eLf

我可以看到一个进程[PID]可能有几个LWP[thread IDs]。通过一些调查，我发现LWP似乎只是指Linux中的线程或任务。

如下面的链接所示：

Linux如何处理线程和进程调度

因此，我有以下两个问题：

Q1: 在Linux中，是否将LWP定义为虚拟处理器？内核中的哪个源代码定义了它？

Q2: 在下面的图片中，syslog具有PID [852]并且具有四个线程。 这四个LWP是否每个都绑定一个内核线程？或者内核将直接调度它们？

上面的图片来源于：

Linux ps命令使用示例

提前致谢

- Anakin Tung

Answer 1

Linux不支持PTHREAD_SCOPE_PROCESS。例如，可以参考http://man7.org/linux/man-pages/man3/pthread_attr_setscope.3.html。

POSIX.1要求实现至少支持其中一个竞争范围。Linux支持PTHREAD_SCOPE_SYSTEM，但不支持PTHREAD_SCOPE_PROCESS。

在Linux中，进程的多个线程就像是共享同一地址空间的独立进程。是的，这是完全过于简单化的说法，它们还共享其他资源，特别是信号处理程序、文件描述符和各种ID，还有其他更微妙的区别，但它们都是完整的、独立可调度的实体。内核中使用的术语是“任务”。每个进程至少有一个任务。多线程进程有多个任务。

Q1：LWP不同于虚拟处理器（无论您在此上下文中指的是什么——这不是一个熟悉的概念）。在Linux中，LWP对应于任务。尽管在内核开发之外，“进程”和“线程”仍然是更常见的术语。

Q2：每个LWP对应一个单独的任务（或用户线程），并且每个任务都可以由内核单独进行调度。（在Linux中，“内核线程”一词具有特定的含义，与此完全不同：内核线程是在内核中度过其整个生命周期的线程[真正的任务]。它们通常用于各种内部管理功能。）

关于Posix线程模型的更多信息，请参见这个非常好的解释：http://www.icir.org/gregor/tools/pthread-scheduling.html，其中讨论了Linux和FreeBSD的实现。

此外，还有一个更一般的线程概念，请参见：http://timetobleed.com/threading-models-so-many-different-ways-to-get-stuff-done/。

- Gil Hamilton

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谢谢您的回复。我已经看到了第二篇文章。第二篇文章提到了三种将用户线程映射到内核线程的方法，并且它说Linux实现了1:1模型。那么在Linux中，每个用户线程是否映射到一个内核线程（即我的问题帖子中的四个syslog lwp是否分别映射到一个内核线程）？我能从ps命令中看到这种关系吗？从您的回复中，似乎内核会直接查看用户线程和内核线程都是“任务”，并对它们进行调度，是吗？ - Anakin Tung

是的。每个syslog lwp（用户线程）实际上都是一个任务。而Linux中的“任务”一词对应于该文章所称的“内核线程”。但请注意，“内核线程”这个术语在Linux中具有特定的含义，与您使用的含义不同。在Linux中，用户线程和内核线程都是任务，并且两者都可以独立调度。 - Gil Hamilton

好的。在Linux中，用户线程和内核线程都是可调度的任务。就像文章所说的那样，在Linux中并没有像1:1绑定这样的概念。 - Anakin Tung

是的，没错。根据那篇文章的术语，“用户线程”就是您的代码所表达的（将其视为独立的执行路径），而“内核线程”则是可调度的实体。在Linux中，这些是1对1的，并且如果您有足够的处理器，每个线程都可以（或可能）同时运行。 - Gil Hamilton

相比之下，在PTHREAD_SCOPE_PROCESS模型中，只有一个可调度实体，多个用户线程竞争在其中运行。因此，在任何给定的时刻只有一个用户线程可以执行。（称之为M：1；然后M：N是该模型的一般化，其中您拥有多个可调度实体，但少于用户线程的总数。） - Gil Hamilton