使用克隆线程的函数和变量空间

Question

我目前打算使用 clone() 实现线程，一个问题是，如果我让所有线程使用相同的内存空间，我在给定线程中调用的每个函数，当调用了相同的函数，还是我必须做一些事情来确保发生这种情况？

Answer 1

每个线程总体上将使用相同的内存映射，但为函数调用使用不同的、单独的线程本地堆栈。当不同的线程调用了同一个函数（它本身位于同一个可执行内存位置）时，任何局部变量都不会被共享，因为它们在进入函数时/根据需要分配在堆栈上，并且每个线程都有自己的默认堆栈。

对任何静态/全局内存的引用（即，未在线程本地堆栈上分配的任何内容，例如全局变量或对堆的引用或mmap 内存区域在调用clone 后传递给线程/对线程可见，一般来说，完整的内存映射和进程上下文本身）当然是共享的，并且会受到通常的多线程问题（即共享状态的同步）的影响。

请注意，在调用clone 之前，您必须自己设置这个线程本地堆栈空间。从手册页：

child_stack 参数指定堆栈的位置 子进程。由于子进程和调用进程可能共享 内存，子进程不可能在 与调用进程相同的堆栈。因此调用进程必须 为子堆栈设置内存空间并传递一个指向此的指针 空间到clone()。 堆栈在所有运行 Linux 的处理器上向下增长（HP 除外） PA 处理器），所以child_stack 通常指向最高地址 为子栈设置的内存空间。

child_stack 参数是clone 的第二个参数。调用者（即父线程）有责任确保通过clone 创建的每个子线程为其堆栈接收一个单独且不重叠的内存块。

请注意，分配和设置这个线程本地堆栈内存区域一点也不简单。确保您的分配是页面对齐的（起始地址在 4K 边界上）、页面大小 (4K) 的倍数、足够大（如果您只有几个线程，则 2MB 是安全的），并且理想情况下包含“可用空间后面的守卫”部分。堆栈保护是一些没有访问权限的页面 - 不读取，不写入 - 在主堆栈区域之后保护虚拟内存地址空间的其余部分，如果线程动态超过其堆栈大小（例如，有一堆递归或具有非常大的临时缓冲区作为局部变量的函数）并尝试继续增长到堆栈保护区域，这将提前失败，因为线程将立即获得 SIGSEGV 而不是阴险的破坏。堆栈保护在技术上是可选的。您可能应该使用mmap 来分配您的堆栈，尽管posix_memalign 也可以。

说了这么多，我不得不问：为什么要尝试使用clone 来实现线程？这里有一些非常具有挑战性的问题，POSIX 线程库已经解决了这些问题（也以可移植的方式）。如果它是您想要的clone 的细粒度控制，那么检查pthread_attr_* 函数；它们几乎涵盖了所有非晦涩的用例（例如，如果您愿意，可以允许您分配自己的堆栈——从前面的讨论来看，我认为您不会）。除其他外，非常高性能的通用 Linux 实现完全包装了clone 和大量其他与线程相关的令人发指的系统调用——其中许多甚至没有 C 库包装器，必须通过 syscall 调用。这一切都取决于你想做什么。