线程的栈（基于linuxthreads-2.0.1）

theanarkh

发布于 2019-10-15 15:46:28

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发布于 2019-10-15 15:46:28

线程本质上是进程中的一个执行流，我们知道，进程有代码段，线程其实就是进程代码段中的其中一段代码。线程的一种实现是作为进程来实现的。通过调用clone，新建一个进程，然后执行父进程代码段里的一个代码片段。文件、内存等信息都是共享的。因为内存是共享的，所以线程不能共享栈，否则访问栈的地址的时候，会映射到相同的物理地址，那样就会互相影响，所以每个线程会有自己独立的栈。在调用clone函数的时候会设置栈的范围。下面通过linuxthreads的代码看看线程的栈。linuxthreads里有一个__pthread_initialize函数，该函数会在main函数执行前执行。在该函数中会设置主线程的栈范围。

// CURRENT_STACK_FRAME 即sp寄存器。按STACK_SIZE大小对齐
__pthread_initial_thread_bos = (char *)(((long)CURRENT_STACK_FRAME - 2 * STACK_SIZE) & ~(STACK_SIZE - 1));

__pthread_initial_thread_bos 保存主线程的栈顶位置。

然后当我们第一次调用pthread_create创建线程的时候，会调用pthread_initialize_manager函数初始化manager线程。manager线程是管理其他的线程的线程。

// 在堆上分配一块内存用于manager线程的栈，栈顶
  __pthread_manager_thread_bos = malloc(THREAD_MANAGER_STACK_SIZE);
 // 高地址是栈底
  __pthread_manager_thread_tos = __pthread_manager_thread_bos + THREAD_MANAGER_STACK_SIZE;

然后调用clone函数设置manager线程的栈。

__clone(__pthread_manager,__pthread_manager_thread_tos, CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND, (void *)(long)manager_pipe[0]);

最后在函数pthread_handle_create中设置创建的线程的栈，pthread_handle_create函数是调用pthread_create函数的时候被调用的函数。

// THREAD_STACK_START_ADDRESS 即__pthread_initial_thread_bos，即主线程的栈顶
#ifndef THREAD_STACK_START_ADDRESS
#define THREAD_STACK_START_ADDRESS  __pthread_initial_thread_bos
#endif
#define THREAD_SEG(seg) ((pthread_t)(THREAD_STACK_START_ADDRESS - (seg) * STACK_SIZE) - 1)
#define SEG_THREAD(thr) (((size_t)THREAD_STACK_START_ADDRESS - (size_t)(thr+1)) / STACK_SIZE)
pthread_t new_thread = THREAD_SEG(sseg);
mmap((caddr_t)((char *)(new_thread+1) - INITIAL_STACK_SIZE),INITIAL_STACK_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | MAP_FIXED | MAP_GROWSDOWN, -1, 0);

从上面代码可知，新建的线程的栈在主线程的栈顶下面（即地址小于主线程的栈顶），创建线程的时候，首先计算新线程的栈地址，然后调用mmap划出这块地址。否则访问的时候会segmentfault。最后调用clone创建进程（线程）并设置栈的栈顶和栈底位置。

 __clone(pthread_start_thread, new_thread,(CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND| PTHREAD_SIG_RESTART),new_thread);

内存布局如下。

从上面的栈分布我们还可以知道一个信息，即当前执行的代码属于哪个线程。

static inline pthread_t thread_self (void)
{
#ifdef THREAD_SELF
  THREAD_SELF
#else
  char *sp = CURRENT_STACK_FRAME;
  // 大于初始化栈则是主线程
  if (sp >= __pthread_initial_thread_bos)
    return &__pthread_initial_thread;
  // 这是manager线程自己申请的空间
  else if (sp >= __pthread_manager_thread_bos
	   && sp < __pthread_manager_thread_tos)
    return &__pthread_manager_thread;
  else
    // sp肯定落在某个线程的栈范围内，STACK_SIZE-1使得低n位全1， 或sp再加1即往高地址，按STACK_SIZE对齐，减去一个pthread_t得到tcb
    return (pthread_t) (((unsigned long int) sp | (STACK_SIZE - 1)) + 1) - 1;
#endif
}

这就是linuxthreads获取当前线程的是方法。

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原始发表：2019-10-12，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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