轉自：http://www.2ndmoon.net/weblog/?p=603

一、linux 程序/執行緒基礎

        程序是系統中程式執行和資源分配的最小單位。每個程序都擁有自己的資料段，程式碼段和堆疊段。這就造成了程序在進行切換等操作時需要有比較負責的上下文切換等動作。為了進一步減少處理機的空轉時間，支援多處理器，和減少上下文開銷，由此有執行緒的提出。

執行緒是程序內的一種基本排程單位，也可以稱作輕量級程序。執行緒是在共享記憶體空間中併發的多道執行路徑，它們共享一個程序的資源，如檔案描述符，訊號處理。從而大大減少了上下文切換的花銷。同進程一樣，執行緒也將相關的變數值放線上程控制表內，一個程序有多個執行緒，但卻共享一個使用者地址空間，這樣同步的問題顯得非常重要。

執行緒按照排程者可以分為使用者級執行緒和核心級（核心級）執行緒。

使用者級執行緒：排程演算法和排程過程有使用者自行決定，缺點在於，如果一個程序中的某一個執行緒呼叫一個阻塞的系統呼叫，則該程序中的其他執行緒也會被阻塞。這樣就在一個程序中的多個執行緒的排程無法發揮出多處理器的優勢。

核心級（核心級）執行緒： 這個執行緒允許不同程序中的執行緒按照同一個相對優先排程方法進行排程，這樣就能發揮出多處理器的併發優勢。

二、linux 使用者執行緒和核心執行緒

1.linux 使用者執行緒

2.linux 核心執行緒

       Linux核心在完成初始之後，會把控制權交給應用程式。只有當硬體中斷、軟中斷、異常等發生時，CPU才會從使用者空間切換到核心空間來執行相應的處理，完成後又回來使用者空間。

       如果核心需要週期性地做一些事情（比如頁面的換入換出，磁碟快取記憶體的重新整理等），又該怎麼辦呢？核心執行緒（核心程序）可以解決這個問題。

       核心執行緒(kernel thread)是由核心自己建立的執行緒，也叫做守護執行緒(deamon)。在終端上用命令”ps -Al”列出的所有程序中，名字以k開關以d結尾的往往都是核心執行緒，比如kthreadd、kswapd。

（2）核心執行緒的特點

核心執行緒與使用者執行緒的相同點是：

• 都由do_fork()建立，每個執行緒都有獨立的task_struct 和核心棧；
• 都參與排程，核心執行緒也有優先順序，會被排程器平等地換入換出。

不同之處在於：

• 核心執行緒只工作在核心態中；而使用者執行緒則既可以執行在核心態，也可以執行在使用者態；
• 核心執行緒沒有使用者空間，所以對於一個核心執行緒來說，它的0~3G的記憶體空間是空白的，它的current->mm是空的，與核心使用同一張頁表；而使用者執行緒則可以看到完整的0~4G記憶體空間。

（3）核心執行緒的建立

        在Linux核心啟動的最後階段，系統（“啟動”核心程序：PID為0的程序）會建立兩個核心執行緒，一個是init，一個是kthreadd。

        具體的講，核心初始化工作的最後一部分是在函式rest_init()中完成的。在這個函式中，主要做了4件事情，分別是：建立init執行緒，建立kthreadd執行緒，執行schedule()開始排程，執行cpu_idle()讓CPU進入idle狀態。經過簡化的程式碼如下：

<span style="font-size:18px;">static noinline void __init_refok rest_init(void)
 __releases(kernel_lock)
{
 kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);
 pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);
 schedule();
 cpu_idle();
}</span>

在核心執行緒建立過程中還有兩個有趣的細節值得說一下：

1. 雖然init執行緒是在kthreadd之前建立的，pid也比較小，但是在schedule()的時候，最先被選中先執行的是kthreadd。這不會有任何影響，因為kthreadd總會讓出CPU，init 執行緒一定能啟動。
2. 程序號PID的分配是從0開始的，但是在”ps”命令中看不到0號程序。這是因為0號pid被分給了“啟動”核心程序，就是完成了系統引導工作的那個程序。在函式rest_init()中，0號程序在建立完成了init和kthreadd兩個核心執行緒之後，呼叫schedule()使得pid=1和2的兩個執行緒得以啟動，但是pid=0的執行緒並不參與排程，所以這個程序就再也得不到運行了。如下所示，在我們前面已經看到過的這段程式碼中，schedule()不會返回，最後一行的cpu_idle()其實是不會被執行到的
3. 在init執行緒中，將執行完”/sbin/init”、”/etc/init”和”/bin/init”三個指令碼，並啟動shell。run_init_process(“/bin/sh”)並不會返回，init 執行緒就停在這裡，以後所有的應用程式程序都將從/bin/sh克隆，而sh來自init核心執行緒，所以init執行緒最終成為所有使用者程序的祖先。
   

通過命令列檢視可以看出程序的ID：

        [email protected]:~$ ps -ef
        UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME  CMD
        root         1     0         0 08:12    ?        00:00:01   /sbin/init    ////第1個核心執行緒（父程序ID：0-“啟動”核心程序）
        root         2     0         0 08:12    ?        00:00:00   [kthreadd] ////第2個核心執行緒（父程序ID：0-“啟動”核心程序）

         其中init執行緒的作用是執行檔案系統上的一系列”init”指令碼，並啟動shell程序，所以init執行緒稱得上是系統中所有使用者程序的祖先，它的pid是1。kthreadd 執行緒是核心的守護執行緒，在核心正常工作時，它永遠不退出，是一個死迴圈，它的pid是2。