附录：glibc-2.4 pthread 源码简要（了解）

目录

一、线程创建核心流程分析

1、入口函数：__pthread_create_2_1

2、核心数据结构

3、关键函数实现

二、线程创建的核心机制总结

三、关键问题与解决方案

四、代码注释与补充说明

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一、线程创建核心流程分析

1、入口函数：__pthread_create_2_1

路径：nptl/pthread_create.c

函数签名：

int __pthread_create_2_1(pthread_t *newthread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine)(void *),void *arg
);

关键代码解析：

线程属性处理

const struct pthread_attr *iattr = (struct pthread_attr *)attr;
if (iattr == NULL)iattr = &default_attr; // 使用默认属性

• 若用户未指定属性，使用全局默认属性default_attr。

线程控制块（TCB）分配

struct pthread *pd = NULL;
int err = ALLOCATE_STACK(iattr, &pd); // 分配栈空间并初始化TCB

通过宏ALLOCATE_STACK调用allocate_stack函数，完成以下操作：

• 申请内存（优先从缓存获取，失败则调用mmap）。

• 初始化线程描述符（TCB）结构体struct pthread。

• 设置栈保护区域（guardsize）。

TCB关键字段初始化

pd->start_routine = start_routine; // 用户线程函数
pd->arg = arg;                     // 用户参数
pd->flags = ...;                   // 继承父线程调度属性
pd->joinid = (iattr->flags & ATTR_FLAG_DETACHSTATE) ? pd : NULL; // 分离状态标记

调度参数配置

if (attr != NULL && (iattr->flags & ATTR_FLAG_NOTINHERITSCHED)) {// 显式设置用户指定的调度策略和优先级pd->schedpolicy = iattr->schedpolicy;memcpy(&pd->schedparam, &iattr->schedparam, sizeof(struct sched_param));
}

线程创建与启动

err = create_thread(pd, iattr, STACK_VARIABLES_ARGS);
*newthread = (pthread_t)pd; // 返回TCB地址作为线程ID

2、核心数据结构

线程属性结构体 (struct pthread_attr)

struct pthread_attr {struct sched_param schedparam; // 调度参数int schedpolicy;               // 调度策略（SCHED_OTHER/FIFO/RR）int flags;                     // 属性标志位（如分离状态）size_t guardsize;              // 栈保护区域大小void *stackaddr;               // 用户指定栈地址（可选）size_t stacksize;              // 栈大小cpu_set_t *cpuset;             // CPU亲和性设置
};

线程控制块 (struct pthread)

struct pthread {union {tcbhead_t header;          // TCB头部（含TLS信息）void *__padding[16];       // 保留字段};list_t list;                   // 栈缓存链表节点pid_t tid;                     // 线程IDpid_t pid;                     // 进程IDvoid *(*start_routine)(void *);// 用户线程函数void *arg;                     // 用户参数void *result;                  // 线程返回值（供pthread_join使用）int cancelhandling;            // 取消状态标志位struct pthread_key_data *specific[PTHREAD_KEY_1STLEVEL_SIZE]; // TLS数据// ... 其他字段（锁、事件、栈信息等）
};

3、关键函数实现

1. allocate_stack: 栈与TCB分配

路径：nptl/allocatestack.c

逻辑流程：

计算栈大小

size = attr->stacksize ?: __default_stacksize;
size &= ~__static_tls_align_m1; // 对齐调整

内存分配策略

• 优先从缓存获取：调用get_cached_stack。

• 失败后动态分配：

  mem = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);

• TCB位置计算：

  pd = (struct pthread *)((char *)mem + size - TLS_TCB_SIZE) - 1;

保护区域设置

if (mprotect(guard, guardsize, PROT_NONE) != 0) {// 处理保护区域创建失败
}

2. create_thread: 线程启动

核心操作：

设置clone标志

int clone_flags = CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGNAL|CLONE_SETTLS|CLONE_PARENT_SETTID|CLONE_CHILD_CLEARTID;

调用do_clone

int res = do_clone(pd, attr, clone_flags, start_thread, STACK_VARIABLES_ARGS, stopped);

• do_clone内部通过汇编宏ARCH_CLONE调用系统调用clone。

异常处理：若线程创建失败，释放资源：

__deallocate_stack(pd);

3. do_clone: 系统调用封装

汇编实现（x86_64示例）：

ENTRY(__clone)/* 参数校验与栈调整 */movq %rcx, 8(%rsi)    # 保存用户参数movq %rdi, 0(%rsi)    # 保存线程函数地址/* 执行clone系统调用 */movl $SYS_ify(clone), %eaxsyscalltestq %rax, %raxjl SYSCALL_ERROR_LABELjz L(thread_start)    # 子线程入口

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二、线程创建的核心机制总结

1. 内存管理

   • TCB与栈空间连续分配，TCB位于栈顶或栈底（依赖架构）。

   • 默认栈大小通过__default_stacksize定义（通常为2MB）。

2. 系统调用集成

   • 通过clone创建轻量级进程，共享地址空间但独立调度。

   • 使用CLONE_SETTLS设置线程本地存储（TLS）。

3. 扩展性设计：用户态调度器可行性：通过拦截pthread_create和自定义队列，可在用户态实现调度策略（如协程库）。

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三、关键问题与解决方案

1. NUMA架构优化

   • 问题：默认属性可能导致远端内存访问。

   • 建议：显式设置stackaddr或使用mbind绑定内存节点。

2. 栈溢出防护：通过guardsize创建不可访问的保护页，触发SIGSEGV。

3. 资源泄漏防护：分离线程（detached）自动释放TCB，非分离线程需通过pthread_join回收。

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四、代码注释与补充说明

1. ALLOCATE_STACK宏展开：参数stackaddr和stacksize用于回传栈信息。

   #define ALLOCATE_STACK(attr, pd) \allocate_stack(attr, pd, &stackaddr, &stacksize)

2. TLS布局控制

   • TLS_TCB_AT_TP：TCB位于线程指针（TP）地址。

   • TLS_DTV_AT_TP：动态线程向量（DTV）位于TP地址。

3. 性能优化细节：栈着色（Stack Coloring）：通过COLORING_INCREMENT避免多线程栈地址冲突。

        通过以上分析可见，glibc的pthread实现通过分层设计（用户API→运行时库→系统调用）实现了高效的线程管理，同时保留了足够的扩展接口供用户态调度器实现。