基于linuxthreads-2.0.1如何分析線程的棧

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線程本質上是進程中的一個執行流，我們知道，進程有代碼段，線程其實就是進程代碼段中的其中一段代碼。線程的一種實現是作為進程來實現的。通過調用clone，新建一個進程，然后執行父進程代碼段里的一個代碼片段。文件、內存等信息都是共享的。因為內存是共享的，所以線程不能共享棧，否則訪問棧的地址的時候，會映射到相同的物理地址，那樣就會互相影響，所以每個線程會有自己獨立的棧。在調用clone函數的時候會設置棧的范圍。下面通過linuxthreads的代碼看看線程的棧。linuxthreads里有一個__pthread_initialize函數，該函數會在main函數執行前執行。在該函數中會設置主線程的棧范圍。

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

__pthread_initial_thread_bos 保存主線程的棧頂位置。

然后當我們第一次調用pthread_create創建線程的時候，會調用pthread_initialize_manager函數初始化manager線程。manager線程是管理其他的線程的線程。

   
     
 
    
    
// 在堆上分配一塊內存用于manager線程的棧，棧頂
  __pthread_manager_thread_bos = malloc(THREAD_MANAGER_STACK_SIZE);
 // 高地址是棧底
  __pthread_manager_thread_tos = __pthread_manager_thread_bos + THREAD_MANAGER_STACK_SIZE;
   
     
 
    
    

然后調用clone函數設置manager線程的棧。

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

最后在函數pthread_handle_create中設置創建的線程的棧，pthread_handle_create函數是調用pthread_create函數的時候被調用的函數。

   
     
 
    
    
// THREAD_STACK_START_ADDRESS 即__pthread_initial_thread_bos，即主線程的棧頂
#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);
   
     
 
    
    

從上面代碼可知，新建的線程的棧在主線程的棧頂下面（即地址小于主線程的棧頂），創建線程的時候，首先計算新線程的棧地址，然后調用mmap劃出這塊地址。否則訪問的時候會segmentfault。最后調用clone創建進程（線程）并設置棧的棧頂和棧底位置。

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

內存布局如下。

從上面的棧分布我們還可以知道一個信息，即當前執行的代碼屬于哪個線程。

   
     
 
    
    
static inline pthread_t thread_self (void)
{
#ifdef THREAD_SELF
  THREAD_SELF
#else
  char *sp = CURRENT_STACK_FRAME;
  // 大于初始化棧則是主線程
  if (sp >= __pthread_initial_thread_bos)
    return &__pthread_initial_thread;
  // 這是manager線程自己申請的空間
  else if (sp >= __pthread_manager_thread_bos
	   && sp < __pthread_manager_thread_tos)
    return &__pthread_manager_thread;
  else
    // sp肯定落在某個線程的棧范圍內，STACK_SIZE-1使得低n位全1， 或sp再加1即往高地址，按STACK_SIZE對齊，減去一個pthread_t得到tcb
    return (pthread_t) (((unsigned long int) sp | (STACK_SIZE - 1)) + 1) - 1;
#endif
}
   
     
 
    
    

這就是linuxthreads獲取當前線程的是方法。

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