谁看谁服！ Linux 创始人对于进程和线程的理解是…

科叼

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作者：五阳

1996 年，linux系统的创始人 linus（林纳斯）在邮件中表达了自己对于进程和线程的深刻理解！以下是翻译的邮件内容。

翻译内容
传统认为“线程”和“进程”是独立的实体，但我个人认为这样想是一个重大错误，唯一这样想的理由是历史包袱。

线程和进程实际上都是一回事：即“执行上下文”，试图人为地区分两者的不同只是自我设限。

所谓“执行上下文”（以下简称COE），只不过是该COE的所有状态的集合。这些状态包括诸如CPU状态（寄存器等）、MMU状态（页映射）、权限状态（uid、gid）和各种“通信状态”（打开的文件、信号处理程序等）。

传统认为，“线程”和“进程”之间的区别主要在于线程具有CPU状态（加上可能的一些其他最小状态），而所有其他上下文来自进程。然而，这仅仅是一种划分计算环境（COE）整体状态的方法，并没有什么规定这种方法是正确的。局限于这种思维方式简直是愚蠢的。

Linux对此的理解（以及我希望事情运作的方式）是，没有所谓的“进程”或“线程”。只有整个计算环境的总和（在Linux中称为“任务”）。不同的计算环境可以共享它们上下文的部分内容，而这种共享能力所能实现的能力之一是传统的“线程/进程” 能力，但是这应该被看作一个 “子集“（这是一个重要的子集，这不是来自于设计，而是来自标准：显然，我们也希望在Linux上运行符合标准的线程程序）。

简而言之：不要围绕线程/进程的思维方式来设计。内核应该围绕COE的思维方式进行设计，然后pthreads库可以向希望以这种方式看待COE的用户导出有限的pthreads接口。

举个例子，当你用COE的思维方式而不是线程/进程的思维方式进行思考时，会变得可能的事情：

你可以做一个外部的 "cd" 程序，这是在UNIX、其他传统的进程线程操作系统上不可能做到的事（虽然例子很简单，但意思是你可以拥有这些不受传统UNIX/线程设置限制的“模块”）。执行：

1. 父进程：clone(CLONE_VM|CLONE_FS);
   
2. 子进程：execve("external-cd");
   
3. /* 由于 "execve()" 会解除 VM 关联，所以我们使用 CLONE_VM 的唯一理由是使克隆操作更快捷 */
   
4. 
   
5. 你可以自然地使用 "vfork()"（它需要最少的内核支持，这种支持非常符合 CUA 的思路）：
   
6. 父进程：clone(CLONE_VM);
   
7. 子进程：继续运行，最后调用 execve()
   
8. 父进程：等待 execve
   
9. 
   
10. 你可以创建外部 "IO 守护进程"：
    
11. 父进程：clone(CLONE_FILES);
    
12. 子进程：打开文件描述符等
    
13. 父进程：使用子进程打开的文件描述符，反之亦然。

复制代码

插播解释 clone 和 execve
clone

execve


继续翻译原文~~~

上述所有工作之所以可行，是因为你没有被线程/进程的思维方式束缚住。举个例子，想象一个Web服务器，其中CGI脚本作为“执行线程”。如果使用传统线程的话，你无法做到这一点，因为传统线程总是需要共享整个地址空间，所以你必须将所有你想在Web服务器中进行的操作（即脚本）全部链接到服务器本身（传统做法，一个“线程”不能运行另一个可执行文件）。

如果将其视为一个“执行上下文”的问题，那么你的任务现在可以选择执行外部程序（即从父进程分离地址空间）等，或者例如可以与父进程共享除了文件描述符之外的一切（这样子线程可以打开很多文件，而父进程无需担心这些文件：当子线程退出时，这些文件描述符会自动关闭，而且不会占用父进程的文件描述符）。


想象一下一个线程化的 "inetd"，比如说。你希望有低开销的 fork+exec，所以按照 Linux 的方式，你可以不用 "fork()"，而是编写一个多线程的 inetd，每个线程只使用 CLONE_VM 创建（共享地址空间，但不共享文件描述符等）。然后子线程可以执行 execve，如果它是一个外部服务（例如 rlogind），或者它可能是 inetd 的内部服务之一（比如 echo、timeofday），在这种情况下，它只执行它的功能然后退出。

你无法使用 "线程"/"进程" 来做到这一点。

插播解释 inetd
在嵌入式场景受限于硬件资源，使用inetd较多。

<顺便插播一句，如果你在看新的机会→前、后端 or 测试 ，技术大厂核心团队，薪酬一线标准，base 武汉、深圳、苏州等多地；语言：Java、Js、测试、python、ios、安卓、C++ 等 >

我的思考
林纳斯想要表达 什么内容呢？

在应用开发中存在进程和线程的概念，比如单进程多线程应用程序、多进程应用程序等模式。此外，还有诸如 pthreads 等线程标准库，它们在 Linux 系统中依靠系统调用 API 接口来实现相关功能。

然而，林纳斯认为系统调用API层 区分进程和线程的需要，不应该干扰 linux内核的设计。他坚持认为应该保持内核的抽象性和简洁性。这是因为操作系统的核心任务是管理软硬件资源，例如进程管理、内存管理等，如果额外增加另一个模型，会不可避免地增加系统设计的复杂性，并可能降低未来的扩展性。

因此综合考虑下，纳斯决定在 Linux 内核中，不对进程和线程进行严格区分，而是将其统一抽象为 "执行上下文"（Context of Execution，COE）。这种设计确保了内核结构的简洁性、可维护性、可扩展性。

即便是 30 年前的想法，依然不过时，依然值得我们所有人借鉴！

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