在Linux下進(jìn)行多線程編程時(shí)，我們通常會(huì)使用POSIX線程庫（pthread），它提供了一組用于線程管理的API函數(shù)，其中最常用的就是pthread_create函數(shù)。不過，了解pthread_create的內(nèi)部工作原理和底層系統(tǒng)調(diào)用對于深入理解Linux多線程編程非常重要。

clone與fork

pthread_create函數(shù)是glibc中實(shí)現(xiàn)的POSIX線程庫的一部分，它是基于Linux系統(tǒng)調(diào)用clone來創(chuàng)建線程的。clone函數(shù)是一個(gè)比fork更靈活和底層的系統(tǒng)調(diào)用，它允許我們創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程或線程，而fork只能創(chuàng)建新進(jìn)程。

clone函數(shù)和fork函數(shù)都用于創(chuàng)建新的執(zhí)行流，但它們有一些重要的區(qū)別：

(1) 創(chuàng)建級(jí)別：

• fork函數(shù)用于創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程，新進(jìn)程是調(diào)用進(jìn)程的副本。
• clone函數(shù)可以用于創(chuàng)建新的線程或新的進(jìn)程，取決于傳遞給它的標(biāo)志。這使clone比fork更加靈活。

(2) 共享資源：

• fork創(chuàng)建的進(jìn)程有獨(dú)立的地址空間，父子進(jìn)程之間不共享內(nèi)存。
• clone可以選擇與父進(jìn)程共享內(nèi)存、文件描述符等資源，這可以用于創(chuàng)建線程。

(3) 系統(tǒng)開銷：

• 由于fork會(huì)復(fù)制整個(gè)地址空間，因此開銷較大。
• clone可以選擇共享資源，因此通常比fork更高效。   

clone函數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理

clone函數(shù)通過傳遞不同的標(biāo)志參數(shù)來控制其行為。以下是一些常見的標(biāo)志參數(shù)及其作用：

• CLONE_VM：共享虛擬內(nèi)存，子進(jìn)程/線程與父進(jìn)程共享地址空間。
• CLONE_FS：共享文件系統(tǒng)信息，子進(jìn)程/線程與父進(jìn)程共享文件系統(tǒng)。
• CLONE_FILES：共享文件描述符表，子進(jìn)程/線程與父進(jìn)程共享打開的文件。
• CLONE_SIGHAND：共享信號(hào)處理，子進(jìn)程/線程與父進(jìn)程共享信號(hào)處理器表。
• CLONE_PARENT_SETTID：設(shè)置父進(jìn)程的TID（線程ID）。
• CLONE_CHILD_SETTID：設(shè)置子進(jìn)程/線程的TID。

clone函數(shù)的核心思想是在新的執(zhí)行流中執(zhí)行一個(gè)新的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)通常是main函數(shù)的替代品。這個(gè)新函數(shù)在創(chuàng)建線程時(shí)會(huì)被調(diào)用，它可以執(zhí)行不同的任務(wù)，使得多線程編程成為可能。

clone函數(shù)創(chuàng)建線程示例

要使用clone函數(shù)創(chuàng)建線程，我們需要傳遞適當(dāng)?shù)臉?biāo)志參數(shù)和一個(gè)函數(shù)指針，該函數(shù)指針指向線程要執(zhí)行的函數(shù)。以下是一個(gè)簡單的示例：

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <sched.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

#define STACK_SIZE (1024 * 1024)

void *child_function(void *arg) {
    printf("Child thread: PID=%d, TID=%ld\n", getpid(), syscall(SYS_gettid));
    return NULL;
}

int main() {
    char *stack;
    char *stack_top;
    pid_t pid;

    stack = (char *)malloc(STACK_SIZE);
    if (stack == NULL) {
        perror("malloc");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    stack_top = stack + STACK_SIZE;

    pid = clone(child_function, stack_top, CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND, NULL);
    if (pid == -1) {
        perror("clone");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Parent thread: PID=%d, TID=%ld, Child PID=%d\n", getpid(), syscall(SYS_gettid), pid);

    // Wait for the child to finish
    if (waitpid(pid, NULL, 0) == -1) {
        perror("waitpid");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    free(stack);
    return 0;
}

這個(gè)示例中，我們使用clone函數(shù)創(chuàng)建了一個(gè)新線程，新線程將執(zhí)行child_function函數(shù)。父線程和子線程可以共享虛擬內(nèi)存、文件系統(tǒng)信息等資源，這使得它們可以方便地共享數(shù)據(jù)。