Чем отличаются процессы и нити в Линукс? В книге Дмитрия Кетова я прочитал, что процесс состоит из нитей. Но ведь у нитей тоже есть PID и свойства, как у обычных процессов, и порождать другие нити они тоже могут.
2 ответа
Определение
Раз уж говорим о *nix системах, то не лишним будет опираться на определения POSIX (вольный перевод):
Thread (досл. нить, она же поток¹) — это один из потоков выполнения (flow control) в составе процесса. У каждой нити есть свой thread ID, приоритет и политика планировщика,
errno
, своё обособленное хранилище формата ключ/значение, и необходимые ресурсы, чтобы поддерживать поток выполнения. Любой объект, адрес которого может определить нить будет доступен всем нитям данного процесса, включая, но не ограничиваясь, статическими переменными, памятью, полученным посредствомmalloc()
, другим областям памяти, к которым возможен прямой доступ по адресу, и автоматическим переменным.Процесс — адресное пространство с одной или более нитью, исполняющейся в контексте оного, а также необходимые ресурсы для данных нитей.
Замечание: многие системные ресурсы разделяются (используются совместно) разными нитями одного процесса. В том числе различные идентификаторы (PID, PPID, PGID, SSID, различные SUID'ы и SGID'ы), текущий рабочий каталог, корневой каталог, umask и файловые дескрипторы.
Отсюда вырисовываются следующие ассоциации ресурсов...
У процесса есть:
- Адресное пространство (включая код, а также статические и динамические данные программы)
- Одна или более нить
- Таблица файловых дескрипторов
- Другие системные ресурсы и идентификаторы
При этом у каждой нити процесса также есть:
- Поток выполнения, на практике это значит:
- Свой стек и, как следствие, свои локальные переменные.
- Свои регистры процессора
- ID нити
- Приоритет в планировщике
errno
и, возможно, некоторые другие переменные локальные для нити.
Особенности реализации потоков в Linux.
Фактически, потоки в Linux реализованы, как «легковесные процессы». Другими словами со стороны ядра linux нет чёткого разграничения между оными: все они представляются в ядре, как задачи task_struct
, при этом, например, task->mm
указывает на дескриптор адресного пространства (mm_struct
), а task->files
на таблицу файловых дескрипторов (files_struct
) и для потоков одного процесса оба эти указателя будут просто указывать на один объект. ИМХО прежде всего это сделано в силу исторических причин, хотя такая реализация и не лишена своей красоты.
И всё бы ничего, но это породило просто невообразимую терминологическую кашу. Например, со стороны пользовательского пространства идентификатор процесса (то что возвращает getpid()
, он должен быть одинаковый для всех потоков процесса) называется PID; но на стороне ядра под pid
'ом подразумевается идентификатор задачи, а вызов getpid()
возвращает то что называется tgid
(thread group ID, ID группы потоков). Но при этом через /proc
экспортируется информация именно в терминах ядра.
Также такая реализация предполагает определённые ухищрения, частично на стороне ядра, частично на стороне пользовательского пространства, например, системный вызов setuid(2)
в linux устанавливает только EUID потока, поэтому приходится прибегать к сложным манипуляциям в обёртке в libc, чтобы добиться поведения соответствующего POSIX и, как следствие, возникают проблемы с реализацией этой функции в языках независимых от Си, например Rust или Go.
Но ведь у нитей тоже есть PID и свойства, как у обычных процессов,
Не совсем так: единственное, что у них есть — это приоритет и политика в планировщике... всё остальное — баги и/или особенности реализации.
и порождать другие нити они тоже могут.
Да, но здесь стоит заметить, что в отличии от порождения процесса, «родителем» новой нити становится исходный процесс, а не тот что породил нить.
¹я предпочитаю термин «поток», но дабы не разгребать терминологическую путаницу с flow буду использовать «нить» в данном разделе
Термин «поток» (thread, нить) является краткой формой Поток выполнения процесса.
Поток выполнения — это последовательность исполняемых команд, которые можно запланировать для запуска на ЦП.
Потоки также имеют некоторое состояние и хранят некоторые локальные переменные.
Нити процесса разделяют его программный код, глобальные переменные и системные ресурсы, но каждая нить имеет свои программный счетчик, содержимое регистров и стек
Процесс — совокупность взаимодействующих нитей и выделенных ему ресурсов.