Как ОС определяет идентификатор потока, вызывающего GetCurrentThreadId()?

Я пытаюсь понять, как ОС определяет, какой поток является текущим (например, когда поток вызывает gettid() или GetCurrentThreadId()). Поскольку адресное пространство процесса является общим для всех потоков, сохранение идентификатора потока в нем невозможно. Он должен быть чем-то уникальным для каждого потока (т. е. храниться в его контексте). Если бы я был разработчиком ОС, я бы сохранил его во внутреннем регистре ЦП, доступном для чтения только в режиме ядра. Я много гуглил, но не нашел подобного вопроса (как будто это было супер очевидно).

Так как же это реализовано в реальных операционных системах, таких как Linux или Windows?


operating-system kernel multithreading threadcontext
person raiks    schedule 22.03.2018    source источник
comment
TEB (Thread Environment Block) является основной частью среды выполнения. Регистр FS хранит указатель на него. Детали реализации, о которых вам не стоит беспокоиться.   -  person Hans Passant    schedule 22.03.2018
comment
Вы можете поместить его в некоторую структуру в верхней части стека потоков.   -  person Martin James    schedule 22.03.2018
comment
@HansPassant это должен был быть ответ, потому что это действительно объясняет, спасибо.   -  person raiks    schedule 22.03.2018
comment
@MartinJames Я пытаюсь представить твой сценарий. Вероятно, вы имели в виду нижнюю часть стека, а не верхнюю (верхняя часть будет содержать аргументы для gettid()). Теоретически ОС может поместить threadId в нижнюю часть стека при планировании потока (на данный момент она знает threadId), но проблема в том, что указатель стека (SP/ESP/RSP) в x86 содержит адрес вершины стека. и информация для определения дна стека не хранится где-либо еще в регистрах. Поправьте меня если я ошибаюсь.   -  person raiks    schedule 22.03.2018

Ответы (3)


arrow_upward
0
arrow_downward

Вы ищете блок управления потоком (TCB).

Это структура данных, содержащая информацию о потоках.

Небольшой материал для чтения по этой теме можно найти здесь: https://www.cs.duke.edu/courses/fall09/cps110/slides/threads2.3.ppt

Но я бы порекомендовал получить копию «Современных операционных систем» Эндрю С. Таненбаума, если вы интересуетесь ОС.

Глава 2, раздел 2.2 Темы:

Реализация потоков в пользовательском пространстве — «Когда потоки управляются в пользовательском пространстве, каждому процессу нужна собственная частная таблица потоков, чтобы отслеживать потоки в этом процессе».

Реализация потоков в ядре — «В ядре есть таблица потоков, которая отслеживает все потоки в системе».

Просто редактирование. Вы также можете прочитать "РАСПИСАНИЕ". В общем случае можно сказать, что ядро ​​решает, какой поток/процесс должен использовать ЦП. Таким образом, ядро ​​знает, какой поток/процесс выполнил системный вызов. Я не буду вдаваться в подробности, потому что это зависит от того, о какой ОС мы говорим.

person ero    schedule 22.03.2018

arrow_upward
0
arrow_downward

Я считаю, что это уже очень хорошо объяснено в этом вопросе: как ядро ​​различает поток и обработать

Если вы хотите узнать больше, вы также можете найти в Google структуру задач ядра и посмотрите, какая информация хранится о каждом типе процессов, запущенных в пользовательском пространстве.

person Alex C    schedule 22.03.2018
comment
Я проверил ответы на вопрос, который вы упомянули (а также аналогичные). Существует много жонглирования pid/tid и довольно сложная информация о том, как они хранятся в ядре. Однако ни один из них не отвечает на мой довольно конкретный вопрос. Попробуйте представить себя ядром — что бы вы сделали, если бы вас вызвал поток и вам нужно выяснить, кто вам звонит? :) - person raiks; 22.03.2018
comment
Этот вызов осуществляется с помощью программных прерываний или ловушек. Когда пользовательское приложение выполняет системный вызов, оно заполняет регистр номером системного вызова и выполняет мягкое прерывание. Затем процедура прерывания запускает код ядра для обработки системного вызова, который просматривает структуру task_struct, которая в настоящее время помечена как выполняемая, чтобы узнать pid/tid, правильность, приоритет и т. д. запущенного процесса. Текущая запущенная задача обновляется новой, когда происходит переключение контекста — указатель инструкции задачи передается для выполнения на процессор. - person Alex C; 22.03.2018
comment
Ну, я понимаю, как вообще делается системный вызов. Я также понимаю, как ОС определяет, какой процесс в данный момент активен (одновременно может быть активным только 1 адресное пространство — ОЗУ — это общий ресурс). Однако в N-ядерных системах может быть несколько потоков, принадлежащих одному процессу, выполняющемуся в одно и то же время. Теперь представьте, что один из них вызывает функцию gettid(). Получить PID легко, но как насчет TID? Пока я не вижу, как это можно сделать без использования внутреннего регистра ЦП для хранения идентификатора потока или вызова getcpu() из gettid() и обращения к планировщику. - person raiks; 23.03.2018
comment
В task_struct также есть поле, указывающее, на каком процессоре оно выполнялось в данный момент. Кроме того, у каждого процессора есть собственная очередь запуска, вы можете проверить реализацию в kernel/sched.c. - person Alex C; 23.03.2018

arrow_upward
0
arrow_downward

Ответ на ваш вопрос полностью зависит от системы. Однако большинство процессоров ничего не знают о потоках. Они только поддерживают процессы. Потоки обычно реализуются созданными отдельными процессами, которые используют одно и то же адресное пространство.

Когда вы выполняете вызов системной службы для получения идентификатора потока, он будет реализован в том же общем виде, что и системная служба для получения идентификатора процесса. Представьте, как функция получения идентификатора процесса может работать в системе, не поддерживающей потоки. И для простоты предположим, что это один процессор.

У вас будет какая-то структура данных для представления текущего процесса, а ядро ​​будет иметь некоторые средства идентификации текущего процесса (например, указатель в адресном пространстве ядра на этот процесс). На некоторых процессорах есть регистр текущей задачи, который указывает на структуру, определенную спецификацией процессора. Операционная система обычно может добавлять свои данные в конец этой структуры.

Итак, теперь я хочу обновить эту операционную систему для поддержки потоков. Для этого у меня должна быть структура данных, описывающая поток. В этих структурах у меня есть указатель на структуру, которая определяет процесс.

Затем получить идентификатор потока работает так же, как раньше работало получение идентификатора процесса. Но теперь у Get Process ID есть дополнительный шаг, который я должен перевести поток в процесс, чтобы получить его идентификатор (который может даже быть включен в блок потока).

person user3344003    schedule 22.03.2018