前言

在没有仔细了解过Linux的进程和线程实现机制之前，看过很多关于进程和线程的博客，从这些博客中我大概知道进程和线程的区别

1、进程拥有独立的内存空间，因此进程与进程之间相对独立，互不影响，但缺点进程间的通信相对复杂

2、同一进程的线程共享进程的内存和资源（线程有自己的私有空间），因此同一进程下的线程之间的通信很方便，缺点是一个线程的出问题会影响到同一进程下的其他线程

看完这些关于进程和线程的博客后，我有一些疑惑如下：

1、细心的小伙伴会发现，在探讨进程和线程的区别时，默认考虑的是同一进程下的线程，那么不同进程下的线程又当如何通信？

2、在初学Linux时，就被告知Linux是一个多进程的操作系统，那么线程在Linux中又是如何体现？

3、Linux中进程和线程的底层实现逻辑是怎么样？

Linux中进程和线程的共性

在Linux中进程和线程，到了内核里面，统一被称为任务，由结构体task_struct进行描述，也就是说关于任务的管理，最终是对结构体task_struct进行管理

task_struct结构分布图如下所示：

如何管理？

1、每一个任务都有一个自己的专属ID，通过这个ID我们可以判断出这是线程任务，还是进程任务(pid是process id，tgid是thread group )

pid_t pid;
pid_t tgid;
struct task_struct *group_leader;

如上所示，task_struct中关于ID的变量有三个，如果进程，只有主线程(也就是进程没有创建其他的线程)，那pid是自己，tgid是自己，group_leader指向的还是自己。如果进程创建了其他线程，那么这个线程对应的task_struct结构体中的pid代表自己，而tgid则等于进程的主线程的pid，group_leader指向的就是进程的主线程。

这提一点额外的东西，看不懂没关系，一个进程里可以有很多线程，但无论是线程还是进程在内核中都通过task_strut来描述，在这个结构体中可以做什么操作，比如设置一个线程组，将同一个进程的线程，都指向这个线程组。内核可以通过操作线程组，对所以线程进行统一操作(说这个是为了表达，一个系统对于众多资源的管理思路，通过分组，分区，分块将具有相同特性的资源，通过标识符/链表之类的进行归类…)

Linux中进程的创建

首先明确一点，所以进程(0号进程除外)的创建最终通过fork实现的（fork不是一个函数哈，你可以理解为一个操作，这个操作由一系列函数来完成）

以应用层创建一个进程为例，我们来看一看，整个函数调用的过程

fork -> sys_call_table -> sys_fork -> _do_fork->copy_process

1、

copy_process

．．．．->dup_task_struct dup_task_struct完成了对task_struct的建立(从父进程复制来的)，同时创建内核栈

．．．->copy_creds

．．．->sched_fork 设置进程状态/初始化优先级/设置调度类

．．．．…复制一个进程的文件信息/复制一个进程的目录信息 …

2、

接下来，就是根据初始化的调度类型，将这个进程加入到相应的调度队列中

其实说白了，一个进程的产生，是通过对另一个进程进行复制，然后再进行初始化，将一些不能的共用的资源，重新申请一份给新的进程，具体复制哪些信息，从第一张图中可以看出，这篇文章主要将进程和线程的实现区别，所以这里就不展开了

Linux中线程的实现

主线程和进程说的是一个东西？我感觉是，但不确定

思考：无论是进程还是线程，在内核里面都是任务，管起来不是都一样吗？如果不一样，那怎么在内核里面加以区分呢？

与进程不同的是，线程不是一个完全由内核实现的机制，它是由内核态和用户态合作完成的。

用户态：在用户态中创建线程的栈

这里值的一说的是，为什么要先创建线程栈？虽然一个进程的所有线程共用进程的内存空间，但不同的线程最终是要去执行不同的任务的，栈是时刻要用的东西如果共用那就乱套了，所以线程栈就是线程的私有空间是在进程的堆空间申请的内存。先创建线程栈也是为了将子线程和主线程（主线程栈跟进程是一样的）进行区分，如果此时不进行区分，那么在内存态中创建的资源属于谁？要知道线程的所有东西都是用的进程的（说得有点乱，不知道说明了没，哈哈）

内核态：创建进程的话，调用的系统调用是fork，在copy_process函数里面，会将五大结构files_struct、fs_struct、sighand_struct、signal_struct、mm_struct都复制一遍，从此父进程和子进程各用各的数据结构。而创建线程的话，调用的是系统调用clone，在copy_process函数里面，五大结构仅仅是引用计数加一，也即线程共享进程的数据结构。

总结

进程和线程的实现函数流程图如下，创建进程的话，调用的系统调用是fork，在copy_process函数里面，会将五大结构files_struct、fs_struct、sighand_struct、signal_struct、mm_struct都复制一遍，从此父进程和子进程各用各的数据结构。而创建线程的话，调用的是系统调用clone，在copy_process函数里面，五大结构仅仅是引用计数加一，也即线程共享进程的数据结构。

参考资料
极客时间：趣谈Linux操作系统