Linux的pthread怎么实现的？（包括到汇编层的实现）
问题
Linux的pthread怎么实现的？（包括到汇编层的实现）
我的回答
首先，pthread是Linux上实现POSIX线程标准的库，它提供了创建和管理线程的API。从高层次看，pthread主要由libpthread库实现，这是glibc的一部分。
当我们调用pthread_create创建线程时，整个流程大致如下：
用户层面，pthread_create函数首先会准备线程的属性和参数。
内部会调用clone系统调用，这是Linux创建进程和线程的统一接口。与fork不同，clone可以通过标志位控制资源共享程度。对线程来说，会使用CLONE_VM、CLONE_FS等标志来共享地址空间、文件系统信息等资源。
系统调用层面，clone会陷入内核。在x86_64架构上，这通过int 0x80或syscall指令实现。具体来说，代码会：
- 将系统调用号放入eax/rax寄存器
- 将参数依次放入其他寄存器(rdi, rsi, rdx等)
- 执行syscall指令触发从用户态到内核态的切换
内核中，clone系统调用会创建task_struct结构体，这是内核中表示进程/线程的核心数据结构。对线程而言，它与父进程共享mm_struct(内存管理)等结构。
内核为新线程分配栈空间，设置寄存器状态，特别是栈指针(rsp)和指令指针(rip)，使其指向线程的入口函数。
内核将新线程加入调度器队列，等待CPU调度执行。
当线程被调度执行时，会从内核态返回用户态，这时会执行一个特殊的汇编代码片段(通常称为线程trampoline)，它负责:
- 设置线程局部存储(TLS)
- 调用线程真正的入口函数
在汇编层面，线程切换涉及上下文切换，主要包括保存和恢复寄存器状态。x86_64架构上，这涉及:
- 通用寄存器(rax, rbx, rcx等)
- 栈指针(rsp)和基址指针(rbp)
- 指令指针(rip)
- 段寄存器(cs, ds等)
- EFLAGS寄存器
- 浮点和SIMD寄存器(如果使用)
线程同步原语(如互斥锁)在底层依赖原子操作指令，如x86的CMPXCHG(比较并交换)、XCHG(交换)等，结合内存屏障指令确保正确的内存顺序。
对于阻塞操作，如pthread_join，底层会使用futex(快速用户空间互斥量)系统调用，它是一种用户态和内核态结合的同步机制，减少不必要的内核态切换。
在实现效率上，Linux的pthread采用1:1模型，即每个用户线程映射到一个内核线程，这与某些实现M:N模型的系统不同。这种设计在多核系统上能充分利用硬件并行性，但线程创建和上下文切换成本相对较高。