12.1　什么是线程

在一个程序中的多个执行路线就叫做线程（thread）。更准确的定义是：线程是一个进程内部的一个控制序列。虽然Linux和许多其他的操作系统一样，都擅长同时运行多个进程，但迄今为止我们看到的所有程序在执行时都是作为一个单独的进程。事实上，所有的进程都至少有一个执行线程。到目前为止，在本书中看到的所有进程都只有一个执行线程。

弄清楚fork系统调用和创建新线程之间的区别非常重要。当进程执行fork调用时，将创建出该进程的一份新副本。这个新进程拥有自己的变量和自己的PID，它的时间调度也是独立的，它的执行（通常）几乎完全独立于父进程。当在进程中创建一个新线程时，新的执行线程将拥有自己的栈（因此也有自己的局部变量），但与它的创建者共享全局变量、文件描述符、信号处理函数和当前目录状态。

线程的概念已经出现一段时间了，但在IEEE POSIX委员会发布有关标准之前，它们并没有在类UNIX操作系统中得到广泛支持，而且已存在的线程实现版本也因厂商的不同而有所差异。POSIX 1003.1c规范的发布改变了这一切，线程不仅被很好地标准化了，而且现在绝大多数Linux发行版都已支持它。现在，多核处理器即便对于台式机也已非常普遍，大多数机器在底层硬件上就已物理支持了同时执行多个线程。而此前，对于单核CPU来说，线程的同时执行只是一个聪明、但非常有效的幻觉。

Linux系统在1996年第一次获得线程的支持，我们常把当时使用的函数库称为LinuxThread。LinuxThread已经和POSIX的标准非常接近了（事实上，从许多方面来看，它们之前的区别并不明显），它是在Linux程序设计中迈出的很重要的一步，它使Linux程序员第一次可以在Linux系统中使用线程。但是，在Linux的线程实现版本和POSIX标准之间还是存在着细微的差别，最明显的是关于信号处理部分。这些差别中的大部分都受底层Linux内核的限制，而不是函数库实现所强加的。

许多项目都在研究如何才能改善Linux对线程的支持，这种改善不仅仅是清除POSIX标准和Linux具体实现之间的细微的差别，而且要增强Linux线程的性能和删除一些不需要的限制，其中大部分工作都集中在如何将用户级的线程映射到内核级的线程。在这些项目中有两个主要的项目分别是下一代POSIX线程（New Generation POSIX Thread，简写为NGPT）和本地POSIX线程库（Native POSIX Thread Library，简写为NPTL）。这两个项目都必须修改Linux的内核来支持新的函数库，与旧的Linux线程相比，两者都极大地提升了性能。

2002年，NGPT项目组宣布，由于他们不希望分化线程团队，所以将停止为NGPT添加新功能，而只是继续进行Linux上的线程支持工作，从而有效地将他们的重担放到了NPTL的身上。因此，很明显NPTL将成为Linux线程的新标准。第一个NPTL的主流版本出现在Red Hat Linux版本9上。一些有趣的关于NPTL的背景资料可以参考文章“Linux上的本地POSIX线程库”（The Native POSIX Thread Library for Linux），该文的作者是Ulrich Drepper和Ingo Molnar，在撰写本书时，该文的下载地址为http://people.redhat.com/drepper/nptl-design.pdf。

本章中的大部分代码适用于任何一种线程库，因为这些代码是基于POSIX标准的，而该标准普遍适用于所有的线程库。但是，如果使用的是旧的Linux发行版，你将看到一些细微的区别，特别是用ps命令查看本章示例程序的运行情况时。