Linux 内核是如何创建线程的？它与 Windows 有哪些区别？

上一节从C语言源代码层面较为详细的讨论了Linux创建进程的过程，其实就是创建进程运行所需的内存空间，填充描述进程的 task_struct 结构体，以及加载进程的程序而已。

Linux 内核并无专门创建线程的机制

我们之前提到，Linux并不特殊对待线程，在Linux看来，线程不过就是一种特殊的进程而已。那么，Linux是如何创建线程的呢？

线程机制是大多数现代编程语言都会提供的机制，该机制允许在同一进程的共享内存地址空间运行一组“特殊的进程（即线程）”。这些线程不仅共享同一段内存空间，还可以共享已经打开的文件，统计量等其他资源。线程机制支持程序并发运行，在多处理器核心的系统上，该并发机制能够实现多条线程同时运行。

Linux 管理线程的方式不同于其他一些经典操作系统，Linux 并没有线程的概念，它把线程当作进程的一个子集来管理。因此，Linux 内核并未为线程提供额外调度算法，也没有提供额外的数据结构用于描述和存储线程。

就像进程一样，Linux 使用 task_struct 结构体描述和记录线程，每个线程都有唯一属于自己的 task_struct 结构。从这个角度来看，线程就是一个普通的进程，只不过线程可能和其他进程共享一些资源而已。

以 Windows 为代表的一些操作系统提供了专门用于创建线程的机制，在这些系统中，线程常常被称作“轻量级进程”，因为相对于进程而言，线程耗费的资源较少，能够较为迅速的创建和投入运行。

但是对于 Linux 而言，线程不过是进程之间共享资源的一种手段罢了。那么是不是 Linux 中的线程比 Windows 中的线程更加“重量级”呢？也不是，因为 Linux 中的进程本身就很轻量级，Linux 创建进程所需时间，并不比 Windows 创建线程所需时间多多少。

从C语言代码层面来看，假设某个进程包含 4 个线程，以 Windows 为代表的一些操作系统一般会有一个包含指向 4 个不同线程的指针的进程描述符，负责描述地址空间、打开的文件等共享资源，而线程本身再去描述自己独占的资源。

与之对应的，Linux 的做法就高雅许多，它仅需为这 4 个线程创建 4 个 task_struct 结构体，然后在 task_struct 中指定它们共享的资源就可以了。

看了我最近几篇文章的读者应该已经明白，Linux 内核中的线程其实就是进程，因此线程的创建与进程的创建过程是类似的，从C语言源代码层面看，基本上也是通过 fork() 函数和 exec() 函数族实现的。只不过在调用 clone() 函数时需要传递一个参数用于描述共享资源，例如：

clone(CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND, 0);

上面这行C语言代码和调用 fork() 函数的结果差不多，只不过输入的几个参数标志位说明了子进程与父进程共享一些资源：地址空间、文件系统、打开的文件、信号处理程序。

对比一下，fork() 基本上就相当于 clone(SIGCHLD, 0)，这也是 fork() 函数创建的子进程之后不再与父进程共享资源的原因。

关于 clone() 函数的参数标志位，可以在Linux中输入 man 命令查看。

Linux 内核线程

就像用户空间的C语言程序开发一样，Linux 内核也经常需要在后台处理数据，这时就需要借助内核线程了。Linux 的内核线程一般不会独立的地址空间，它们只在内核空间运行，不会切换到用户空间。不过调度是和普通进程一样的，可以被调度和抢占。

Linux 创建内核线程由 kthread_create() 函数实现，它的C语言源代码如下，请看：

可见，kthread_create() 函数的C语言代码并不长，而且也可以看出，Linux 内核线程是通过 kthread_create_info 结构体描述的，它的定义C语言代码如下，可见，内核线程的描述和存储也是包含 task_struct 结构体的：

kthread_create() 函数创建名为 namefmt 的线程，不过线程被创建后是处于不可运行状态的，我们可以通过 wake_up_process() 函数唤醒它。当然，也可以通过 kthread_run() 方法实现这一过程，相关的C语言代码如下，请看：

其实就是将 kthread_create() 函数和 wake_up_process() 函数组合到一起而已。Linux 的内核线程被启动后，会一直运行到调用 do_exit() 退出。我们也可以调用 kthread_stop() 函数提前结束它，相关的C语言代码如下，请看：

kthread_stop() 函数接收的参数为 kthread_create() 函数创建的结构体的 task_struct 成员。从C语言代码可以看出，kthread_stop() 其实也是会调用 wake_up_process() 函数唤醒线程的，它在唤醒线程后，会等待线程函数退出，并不会调用 threadfn() 函数。

这里需要注意，如果创建的线程函数 threadfn() 调用了 do_exit() 函数，最好就不要再调用 kthread_stop() 函数了。

kthread_stop() 函数等待线程退出是通过 wait_for_completion() 函数实现的，相关的C语言代码如下，请看：

稍稍跟踪一下C语言代码，发现其实这一等待过程是由 do_wait_for_common()函数实现的，它的C语言代码如下，请看：

还是比较清晰的，这里就不再赘述了。至此，我们就了解了Linux内核是如何创建线程并投入运行，以及如何结束内核线程的了。

本节主要讨论了 Linux 内核中的线程的创建，应该能够看出，其实核心还是围绕对 task_struct 结构的管理，这与管理进程并无过多区别。因此，说Linux中的线程只是一种特殊的进程，一点也不为过。