Linux 线程模型的比较：LinuxThreads 和 NPTL

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NPTL，或称为 Native POSIX Thread Library，是 Linux 线程的一个新实现，它克服了 LinuxThreads 的缺点，同时也符合 POSIX 的需求。与 LinuxThreads 相比，它在性能和稳定性方面都提供了重大的改进。与 LinuxThreads 一样，NPTL 也实现了一对一的模型。

Ulrich Drepper 和 Ingo Molnar 是 Red Hat 参与 NPTL 设计的两名员工。他们的总体设计目标如下：

• 这个新线程库应该兼容 POSIX 标准。
  
  
• 这个线程实现应该在具有很多处理器的系统上也能很好地工作。
  
  
• 为一小段任务创建新线程应该具有很低的启动成本。
  
  
• NPTL 线程库应该与 LinuxThreads 是二进制兼容的。注意，为此我们可以使用 LD_ASSUME_KERNEL，这会在本文稍后进行讨论。
  
  
• 这个新线程库应该可以利用 NUMA 支持的优点。

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与 LinuxThreads 相比，NPTL 具有很多优点：

• NPTL 没有使用管理线程。管理线程的一些需求，例如向作为进程一部分的所有线程发送终止信号，是并不需要的；因为内核本身就可以实现这些功能。内核还会处理每个 线程堆栈所使用的内存的回收工作。它甚至还通过在清除父线程之前进行等待，从而实现对所有线程结束的管理，这样可以避免僵尸进程的问题。
  
  
• 由于 NPTL 没有使用管理线程，因此其线程模型在 NUMA 和 SMP 系统上具有更好的可伸缩性和同步机制。
  
  
• 使用 NPTL 线程库与新内核实现，就可以避免使用信号来对线程进行同步了。为了这个目的，NPTL 引入了一种名为futex 的新机制。futex 在共享内存区域上进行工作，因此可以在进程之间进行共享，这样就可以提供进程间 POSIX 同步机制。我们也可以在进程之间共享一个 futex。这种行为使得进程间同步成为可能。实际上，NPTL 包含了一个PTHREAD_PROCESS_SHARED 宏，使得开发人员可以让用户级进程在不同进程的线程之间共享互斥锁。
  
  
• 由于 NPTL 是 POSIX 兼容的，因此它对信号的处理是按照每进程的原则进行的；getpid() 会为所有的线程返回相同的进程 ID。例如，如果发送了 SIGSTOP 信号，那么整个进程都会停止；使用 LinuxThreads，只有接收到这个信号的线程才会停止。这样可以在基于 NPTL 的应用程序上更好地利用调试器，例如 GDB。
  
  
• 由于在 NPTL 中所有线程都具有一个父进程，因此对父进程汇报的资源使用情况（例如 CPU 和内存百分比）都是对整个进程进行统计的，而不是对一个线程进行统计的。
  
  
• NPTL 线程库所引入的一个实现特性是对 ABI（应用程序二进制接口）的支持。这帮助实现了与 LinuxThreads 的向后兼容性。这个特性是通过使用 LD_ASSUME_KERNEL 实现的，下面就来介绍这个特性。
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